Modelos de Markov de cinética molecular: Geração e validação

Os modelos de estado de Markov de cinética molecular (MSMs), nos quais a dinâmica estatística de longo prazo de uma molécula é aproximada por uma cadeia de Markov em uma partição discreta do espaço de configuração, têm visto um uso generalizado nos últimos anos. Esta abordagem possui muitas características atraentes em comparação com simulações e análises convencionais de dinâmicas moleculares, incluindo o potencial de mitigar o problema de amostragem ao extrair informações cinéticas de longo prazo a partir de trajetórias curtas e a capacidade de calcular de forma simples valores de expectativa e incertezas estatísticas de vários observáveis moleculares estacionários e dinâmicos. Neste artigo, resumimos o estado atual da arte na geração e validação de MSMs e apresentamos alguns novos resultados importantes. Descrevemos um limite superior para o erro de aproximação feito ao modelar dinâmicas moleculares com um MSM e mostramos que esse erro pode ser tornado arbitrariamente pequeno com surpreendente pouco esforço. Em contraste com práticas anteriores, torna-se claro que o melhor MSM não é obtido pela discretização mais metastável, mas o MSM pode ser muito melhorado se estados não-metastáveis forem introduzidos perto dos estados de transição. Além disso, mostramos que não é necessário resolver todos os processos lentos pela partição do espaço de estados, mas processos dinâmicos individuais de interesse podem ser resolvidos separadamente. Também apresentamos um estimador eficiente para matrizes de transição reversíveis e um teste robusto para validar que um MSM reproduz a cinética dos dados de dinâmicas moleculares.