Multiscale ab initio QM/MM and Machine Learning Methods for Accelerated Free Energy Simulations
用于加速自由能模拟的多尺度从头 QM/MM 和机器学习方法
基本信息
- 批准号:10696727
- 负责人:
- 金额:$ 67.8万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-04-01 至 2025-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AccelerationBiochemical ReactionBiologyChemicalsChemistryComplexComputer softwareDevelopmentDisciplineEnzymesFree EnergyHourMarketingMethodsModelingPhasePositioning AttributeProcessQuantum MechanicsReactionSurfaceSystemTimeUpdatebiological systemscostdesignenzyme activityimprovedinhibitormachine learning methodmachine learning modelmaterials sciencemolecular modelingmutantprogramsquantumquantum chemistrysimulationtime intervaltool
项目摘要
Q-Chem is a state-of-the-art commercial computational quantum chemistry
software program that has aided about 60,000 users in their modeling of
molecular processes in a wide range of disciplines, including biology, chemistry,
and materials science.
In this proposal, we seek to significantly reduce the computational time (now
around 500,000 CPU hours) required to obtain accurate free energy profiles of
enzymatic reactions. Specifically, we propose to use a multiple time step (MTS)
simulation method, where a low-level (and less accurate) quantum chemistry or
machine learning model is used to propagate the system (i.e. move all atoms) at
each time step (usually 0.5 or 1 fs), and then a high-level (i.e. more accurate and
expensive) quantum chemistry method is used to correct the force on the atoms
at longer time intervals. In this way, the simulation can be performed at the high-
level energy surface in a fraction of time, compared with simulations performed
only using the high-level quantum chemical method.
In the Phase I proposal, we successfully re-parameterized low-level quantum
chemistry models and developed machine learning models for MTS simulations.
Through these developments, we were able to extend the high-level force update
to only once every 8 fs or longer. In the Phase II period, we will further improve
and automate the workflow for developing the low-cost models, which will further
enhance the computational efficiency of our MTS simulations. In addition, these
advances will be combined by the EnzyDock method to facilitate the study of
multi-step enzyme reactions and the design of covalent/noncovalent inhibitors
and mutant enzymes.
The addition of these new tools will also further strengthen Q-Chem's position as
a global leader in the molecular modeling software market, making our program
the most efficient and reliable computational quantum chemistry package for
simulating large, complex chemical/biological systems.
Q-Chem 是最先进的商业计算量子化学
该软件程序已帮助大约 60,000 名用户进行建模
广泛学科中的分子过程,包括生物学、化学、
和材料科学。
在这个提案中,我们寻求显着减少计算时间(现在
大约需要 500,000 个 CPU 小时)才能获得准确的自由能分布
酶促反应。具体来说,我们建议使用多时间步长(MTS)
模拟方法,其中低水平(且不太准确)的量子化学或
机器学习模型用于传播系统(即移动所有原子)
每个时间步长(通常为 0.5 或 1 fs),然后是高级别(即更准确和
昂贵)量子化学方法用于校正原子上的力
以较长的时间间隔。这样,仿真就可以在高
与执行的模拟相比,在很短的时间内水平能量表面
仅使用高级量子化学方法。
在第一阶段提案中,我们成功地重新参数化了低级量子
化学模型并开发了用于 MTS 模拟的机器学习模型。
通过这些进展,我们能够延长高层部队更新
每 8 fs 或更长时间仅一次。第二阶段我们将进一步完善
并使开发低成本模型的工作流程自动化,这将进一步
提高 MTS 模拟的计算效率。此外,这些
进展将通过 EnzyDock 方法结合起来,以方便研究
多步酶反应和共价/非共价抑制剂的设计
和突变酶。
这些新工具的加入也将进一步巩固 Q-Chem 的地位
分子建模软件市场的全球领导者,使我们的程序
最高效、最可靠的计算量子化学包
模拟大型、复杂的化学/生物系统。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Xintian Feng其他文献
Xintian Feng的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Xintian Feng', 18)}}的其他基金
Quantum Chemistry Methods for Rational Drug Design
合理药物设计的量子化学方法
- 批准号:
10697148 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
Quantum Chemistry Methods for Rational Drug Design
合理药物设计的量子化学方法
- 批准号:
10697148 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
Algorithmic improvements in large scale polarizable QM/MM simulations
大规模极化 QM/MM 模拟的算法改进
- 批准号:
10673145 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
Algorithmic improvements in large scale polarizable QM/MM simulations
大规模极化 QM/MM 模拟的算法改进
- 批准号:
10547634 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
相似国自然基金
PDCD5调控的细胞凋亡通路的数学模型
- 批准号:11626040
- 批准年份:2016
- 资助金额:3.0 万元
- 项目类别:数学天元基金项目
基于蛋白质组学和单细胞实验数据的细胞信号传导系统的多尺度数学建模
- 批准号:11571368
- 批准年份:2015
- 资助金额:50.0 万元
- 项目类别:面上项目
基于动态网络的复杂疾病分析理论和方法
- 批准号:91530320
- 批准年份:2015
- 资助金额:250.0 万元
- 项目类别:重大研究计划
基于生化反应指纹特征的酶模型构建
- 批准号:31570092
- 批准年份:2015
- 资助金额:61.0 万元
- 项目类别:面上项目
结合合成生物学和反应器技术的生物制氢研究
- 批准号:21176153
- 批准年份:2011
- 资助金额:65.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Developing programmable RNA writing tools with the novel RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector Cas7-11
使用新型 RNA 引导的 RNA 靶向 CRISPR 效应器 Cas7-11 开发可编程 RNA 写入工具
- 批准号:
10736989 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
CSHL 2023 Eukaryotic mRNA Processing Conference
CSHL 2023真核mRNA加工会议
- 批准号:
10679367 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
Genome engineering in the nematode C. elegans
线虫的基因组工程。 elegans
- 批准号:
10565428 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别:
Biosynthesis of marine terpenoid natural products
海洋萜类天然产物的生物合成
- 批准号:
10737210 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.8万 - 项目类别: