グランドカノニカルモンテカルロを使用したレプリカ交換と標準的な状態結合自由エネルギー

特定の領域で分子を作成および全滅させるグランドカノニカルモンテカルロ（GCMC）の能力は、タンパク質キャビティの水位と水結合遊離エネルギーの識別を大いに助けます。ただし、偏った動きの適用なしでの受け入れ率は低くなる可能性があり、観察された水占有率に大きなばらつきが生じる可能性があります。ここでは、化学電位のレプリカ交換がGCMCデータの分散を大幅に削減することを示します。この改善は、シミュレーションが異なる化学電位での実行で構成されている場合、計算費用の無視できる増加にもたらされます。また、レプリカ交換GCMCは、壮大な標準統合で計算されたように、水結合遊離エネルギーの精度を大幅に増加させることがわかっています。

The ability of grand canonical Monte Carlo (GCMC) to create and annihilate molecules in a given region greatly aids the identification of water sites and water binding free energies in protein cavities. However, acceptance rates without the application of biased moves can be low, resulting in large variations in the observed water occupancies. Here, we show that replica-exchange of the chemical potential significantly reduces the variance of the GCMC data. This improvement comes at a negligible increase in computational expense when simulations comprise of runs at different chemical potentials. Replica-exchange GCMC is also found to substantially increase the precision of water binding free energies as calculated with grand canonical integration, which has allowed us to address a missing standard state correction.