An Averaged Over Molecular Trajectories Method of Integral Equations of the Theory of Liquids in RISM Approximation

Abstract

Аннотация. Предложен новый подход к исследованию влияния растворителя на молекулярные системы, основанный на теории интегральных уравнений теории жидкостей в приближении RISM. Получено новое интегральное уравнение, в котором матрица внутримолекулярных корреляций усредняется по молекулярным траекториям, рассчитываемым методом молекулярной динамики. Такой способ позволяет учитывать подвижность растворенных молекул при оценках эффекта сольватации. Выполнено сравнение результатов полученных в рамках нового подхода со стандартными расчетами средних по траектории термодинамических величин на примере пептида окситоцина. Показано, что все структурные и термодинамические параметры сольватации пептида, полученные в рамках нового метода, лежат в интервале статистической погрешности при усреднении по траектории.Ключевые слова: гидратация макромолекул, стационарная динамическая траектория, термодинамика, интегральные уравнения теории жидкостей, RISM. ВВЕДЕНИЕМетод интегральных уравнений теории жидкостей в приближении RISM (Reference Interaction Site Model) [1] является одним из теоретических методов для исследования сольватации молекул. В приближении бесконечного разбавления [2], когда плотностью раствора мы можем пренебречь, метод RISM позволяет найти атом-атомные корреляционные функции раствор-растворитель и по ним рассчитать термодинамику сольватации, в частности энергию Гиббса. «Входными данными» теории RISM, помимо потенциалов атом-атомного взаимодействия, является геометрия молекулы раствора, а точнее, матрица межатомных расстояний. Таким образом, корреляционные функции и термодинамика сольватации, найденные как решения уравнений RISM, сопоставляются единственной жесткой геометрии растворенной молекулы. Известно, однако, что большие молекулы при комнатной температуре обладают значительной подвижностью, и даже в равновесном состоянии их геометрия постоянно изменяется, а значит, это необходимо учитывать при анализе термодинамики сольватации.Можно учесть влияние флуктуаций геометрии молекулы на термодинамику сольватации, если выполнить RISM-расчет для каждой геометрической конфигурации молекулы, а затем вычислить среднее значение энергии Гиббса по всей динамической траектории. Геометрические конфигурации легко получить при помощи молекулярно-динамического моделирования. Такой трудоемкий способ использован в работе [3] для * dmitry