Long-range electrostatic effects in biomolecular simulations

¹ National Institute of Environmental Health Sciences Research, Triangle Park, NC, USA 27709 , France.

Abstract

The appropriate treatment of long-range Coulombic forces is an area of great interest in the biomolecular simulation community. Recently a number of fast algorithms for handling the so-called N-body problem have appeared. In particular, methods for efficient calcule of Ewald sums are of great interest. In addition, theoretical questions relating to the marriage of periodic boundary conditions with Coulombic interactions are still of interest. In this paper, we first discuss some issues relating to the use of Ewald summation, and then discuss fast algorithms for its calculation. We focus on algorithms based on the Particle-Mesh approach. In particular we compare the P3M algorithm implemented by Pollock and Glosli [1] with the PME algorithms developed by our group, and report on a new “optimized” PME algorithm.

Résumé

Le traitement approprié des forces de Coulomb à long portée est un domaine à haut intérêt dans la communauté de simulation bio-moleculaire. Récemment, des “algorithmes” rapides adressant le problème connu sous le nom “N-Body” ont apparu. Des méthodes pour calculer efficacement les sommes de Ewald sont particulièrement de grand intérêt. En plus, sont encore d’intérêt les difficultés théoriques concernant le mariage des états des limites périodiques avec les interactions de Coulomb. Dans cet article, nous discussions en premier lieu certain problèmes concernant l’utilisation de la sommation de Ewald. Ensuite, nous discussions des algorithmes rapides pour sa calcule. Nous nous concentrons sur les algorithmes basés sur la méthode “Particle-Mesh”. En particulier, nous comparons l’algorithme P3M réalisé par Pollock et Glosli [1] avec les algorithmes PME développé par notre équipé. En ce regard, nous reportons sur un noveau algorithme PME optimisé.