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Memory dependent PAth Sampling methods for understanding long TIMEscale molecular processes

Descrizione del progetto

Comprendere il tempo in chimica

I processi chimici e la chimica svolgono un ruolo fondamentale in numerosi settori, innovazioni e nello sviluppo di nuovi strumenti e tecnologie. Questi progressi sono essenziali per affrontare le sfide poste dai cambiamenti climatici. Purtroppo, l’importanza del tempo in chimica è stata spesso trascurata, causando inefficienze nelle simulazioni e nella ricerca. In questo contesto, il progetto PASTIME, finanziato dal CER, mira a stabilire un quadro metodologico per incorporare e comprendere efficacemente il ruolo del tempo nella chimica. L’obiettivo del progetto è creare una tecnica di campionamento del percorso dell’interfaccia di transizione dipendente dalla memoria per la modellazione chimica. Questa innovazione ha il potenziale per rivoluzionare le simulazioni chimiche.

Obiettivo

Time matters: timescales determine the fate, behavior and functionality of living matter. Especially the interplay between fast and slow molecular processes is omnipresent in biochemistry (protein folding, enzymatic conversions, molecular signaling, etc.). However, in chemistry, models are lacking to properly understand time and its effect on this difficult biological reality.

PASTIME will lay the methodological foundations for a correct understanding of time in chemistry by introducing memory dependent transition interface path sampling to chemical modeling. We will tune the memory that is kept in simulations by creating new path ensemble definitions. The problem will be made computationally solvable by cutting molecules' pathways short. Long timescale effects will be studied through pathway statistics. We will achieve higher decorrelation in the sampling by designing new Monte Carlo moves in path space, such as alchemical moves that change the identity of atoms on the fly, and smart use of memory expansion with a replica exchange move. These new time concepts will be challenged and experimentally validated in a context of drug transport kinetics: drug (un)binding to protein binding sites, and permeation of molecules through cell membranes. The modeling principles will be converted to new algorithms that are computationally feasible today and will be shared in open software.

With PASTIME we will be able to understand slow time effects in molecular interactions. Appropriate memory reduction and tuning will give us the methods to understand time in an endless range of molecular processes, and this work will contribute to drug design, biochemistry, physiology, catalysis, material and polymer science.

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Istituzione ospitante

UNIVERSITEIT GENT
Contribution nette de l'UE
€ 2 000 000,00
Indirizzo
SINT PIETERSNIEUWSTRAAT 25
9000 Gent
Belgio

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Regione
Vlaams Gewest Prov. Oost-Vlaanderen Arr. Gent
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 2 000 000,00

Beneficiari (1)