ESTRATEGIAS DE ACELERACIÓN EN SISTEMAS NANOSCÓPICOS

SERGIO ALEXIS PAZ; ERIC VANDEN-EIJNDEN; CAMERON F. ABRAMS; EZEQUIEL PEDRO MARCOS LEIVA

Carlos Paz

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorganica; 2017

Asociacion Argentina de Investigación Fisicoquímica

Motivación: Mientras que la dinámica molecular (DM) permite predecir la evolución de procesos nanoscópicos en la escala de los nanosegundos, muchos procesos relevantes ocurren en escalas temporales inalcanzables por este método. El plegado defectuoso de la proteína prion o la coalecencia de nanoparticulas son ejemplos de la necesidad de acelerar las simulaciones [1-2]. Entre los diversos métodos existentes es posible distinguir dos estrategias de aceleración complementarias. Sus limitaciones y nuestro enfoque para superarlas son el motivo de esta presentación. Los métodos de energía libre, como la DM acelerada por temperatura (TAMD), permiten incrementar la observación de configuraciones de equilibrio resignando la dinámica verdadera del sistema. El enorme número de configuraciones obliga a restringir la aceleración a ciertas variables colectivas, lo que tiende a inducir barreras ocultas, un problema central en este tipo de estrategia. En el otro extremo, la hiperdinámica (HD) de Voter sienta las bases teóricas para construir un esquema de aceleración que retenga la información temporal de la dinámica. Dado que esta dinámica es a priori desconocida, las condiciones necesarias para aplicar la HD no pueden ser fijadas para toda la simulación y los parámetros requeridos deben ajustarse a la evolución del sistema.Resultados: Para superar el problema de barreras ocultas, hemos desarollado el método de dinámica acelerada por temperatura y réplicas parallelas (RE-TAMD) [1]. Demostramos la capacidad del método para superar estas barreras y calcular superficies de energía libre con una precisión sin precedentes (<1kcal/mol). Esto nos permitió comparar la estabilidad de cuatro genotipos (M129V/D178N) de la proteina prion y construir una hipótesis sobre el origen de la diversidad en las enfermedades priónicas. Por otro lado, hemos desarrollado un algoritmo híbrido HD-DM para decidir de forma automática el momento y los parámetros de aceleración de la HD [2]. Este esquema nos permitió recuperar las características cinéticas de la coalescencia de nanopartículas metálicas.Conclusiones: Hemos realizado avances significativos en el desarrollo de las diferentes estrategias de aceleración frecuentemente utilizadas en el estudio de biomoléculas y nanoestructuras. Planteamos el entrecruzamiento de estos sistemas y metodologías como una forma de enriquecer el conocimiento de unas y otras.