Hydrationsfreie Energie hydrophober Teilchen, untersucht durch ein Referenz-Interaktionsstellenmodell mit einer abstoßenden Brückenkorrektur und einer thermodynamischen Perturbationsmethode

Wir modifizieren die site–site sowie dreidimensionale (3D) Versionen der integrierten Gleichungen des Referenz-Interaktionsstellenmodells (RISM) mit den Hypernetted-Chain (HNC) Abschlüssen, indem wir eine abstoßende Brückenkorrektur (RBC) hinzufügen. Die RBC behandelt die Überschätzung der Wasserordnung um ein hydrophobes Teilchen in der RISM/HNC-Annäherung und verfeinert somit die entropische Komponente in der hydrationsfreien Energie. Wir bauen die Brückenfunktionen auf r−12 abstoßenden Kernpotentialen auf und schlagen RBC-Ausdrücke sowohl für die site–site als auch für die 3D-RISM Ansätze vor. Um schnelle Berechnungen zu ermöglichen, bestimmen wir das Überschuss-Chemische Potential der Hydration unter Verwendung der thermodynamischen Perturbationstheorie (TPT). Die site–site RISM/HNC+RBC sowie die 3D-RISM/HNC+RBC Ansätze werden angewendet, um die Struktur und Thermodynamik der Hydration von Edelgasen und Alkanen im Umgebungwasser zu berechnen. Für beide Ansätze verbessert die RBC drastisch die Übereinstimmung des hydrationschemischen Potentials mit Simulationsdaten und bietet die korrekte Abhängigkeit von der Teilchengröße. Für Teilchen unregelmäßiger Form liefert die 3D-Behandlung die Hydrationsstruktur im Detail und passt besser zu den Simulationsergebnissen, während der site–site Ansatz wesentlich schneller ist. Die TPT-Approximierung liefert die Hydrations-Thermodynamik in guter qualitativer Übereinstimmung mit den exakten Ergebnissen der thermodynamischen Integration und reduziert die rechnerische Belastung erheblich. Die RBC–TPT-Approximation kann die Vorhersagefähigkeit des hybriden Algorithmus einer verallgemeinerten Ensemble-Monte-Carlo-Simulation in Kombination mit der sitze–site RISM-Theorie verbessern, die zur Beschreibung der Protein-Faltung unter Berücksichtigung des Wasseeffekts auf mikroskopischer Ebene verwendet wird. Die RBC kann für eine bessere Anpassung an Referenzsimulationsdaten optimiert und für Lösungsmittel-Moleküle mit geladenen Gruppen verallgemeinert werden.