Hierarchische zeitverzögerte unabhängige Komponentenanalyse: Berechnung langsamer Modi und Reaktionskoordinaten für große molekulare Systeme

Die Analyse molekularer Dynamik, beispielsweise unter Verwendung von Markov-Modellen, erfordert oft die Identifizierung von Ordnungsparametern, die gute Indikatoren für die seltenen Ereignisse sind, d. h. gute Reaktionskoordinaten. Kürzlich wurde gezeigt, dass die zeitverzögerte unabhängige Komponentenanalyse (TICA) die linearen Kombinationen der Eingangskoordinaten findet, die die langsamen kinetischen Modi optimal darstellen und zur Definition von Reaktionskoordinaten zwischen den metastabilen Zuständen des molekularen Systems dienen können. Eine Begrenzung der Methode besteht darin, dass sowohl die Rechenzeit als auch der Speicherbedarf mit dem Quadrat der Anzahl der Eingabefeatures skalieren. Für große Proteinsysteme verschärft dies die Verwendung umfangreicher Merkmalsmengen wie die Abstände zwischen allen Paaren von Aminosäuren oder sogar schweren Atomen. Hier leiten wir eine hierarchische TICA (hTICA) Methode ab, die die vollständige TICA-Lösung durch eine hierarchische Berechnung mit teile und herrsche annähert. Durch die Verwendung von hTICA bei Abständen zwischen schweren Atomen identifizieren wir zuvor unbekannte Relaxationsprozesse im bovinen pankreatischen Trypsin-Inhibitor.