docs/reference-manual/free-energy-pmf.rst

   1 .. _fepmf:
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   3 Calculating a PMF using the free-energy code
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   6 The free-energy coupling-parameter approach (see sec. :ref:`fecalc`)
   7 provides several ways to calculate potentials of mean force. A potential
   8 of mean force between two atoms can be calculated by connecting them
   9 with a harmonic potential or a constraint. For this purpose there are
  10 special potentials that avoid the generation of extra exclusions,
  11 see sec. :ref:`excl`. When the position of the minimum or the constraint
  12 length is 1 nm more in state B than in state A, the restraint or
  13 constraint force is given by :math:`\partial H/\partial \lambda`. The
  14 distance between the atoms can be changed as a function of
  15 :math:`\lambda` and time by setting delta-lambda in the :ref:`mdp` file. The
  16 results should be identical (although not numerically due to the
  17 different implementations) to the results of the pull code with umbrella
  18 sampling and constraint pulling. Unlike the pull code, the free energy
  19 code can also handle atoms that are connected by constraints.
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  21 Potentials of mean force can also be calculated using position
  22 restraints. With position restraints, atoms can be linked to a position
  23 in space with a harmonic potential (see :ref:`positionrestraint`).
  24 These positions can be made a function of the coupling parameter
  25 :math:`\lambda`. The positions for the A and the B states are supplied
  26 to :ref:`grompp <gmx grompp>` with the ``-r`` and ``-rb`` options, respectively. One could use this
  27 approach to do targeted MD; note that we do not encourage the use of
  28 targeted MD for proteins. A protein can be forced from one conformation
  29 to another by using these conformations as position restraint
  30 coordinates for state A and B. One can then slowly change
  31 :math:`\lambda` from 0 to 1. The main drawback of this approach is that
  32 the conformational freedom of the protein is severely limited by the
  33 position restraints, independent of the change from state A to B. Also,
  34 the protein is forced from state A to B in an almost straight line,
  35 whereas the real pathway might be very different. An example of a more
  36 fruitful application is a solid system or a liquid confined between
  37 walls where one wants to measure the force required to change the
  38 separation between the boundaries or walls. Because the boundaries (or
  39 walls) already need to be fixed, the position restraints do not limit
  40 the system in its sampling.