नेट चार्ज के साथ असमान प्रणालियों के Ewald सिमुलेशन में कलंक का मापक

Ewald योग, जो जैवअणु सिमुलेशन में विद्युतस्थैतिक इंटरैक्शन की गणना के लिए de facto मानक बन गया है, औपचारिक रूप से आवश्यक है कि सिमुलेशन बॉक्स तटस्थ हो। गैर-तटस्थ प्रणालियों के लिए, Ewald एल्गोरिदम स्वाभाविक रूप से एक समान पृष्ठभूमि चार्ज वितरण को पेश करता है जो प्रभावी रूप से सिमुलेशन बॉक्स को तटस्थ करता है। चूंकि काउंटर चार्ज का एक समान वितरण सामान्यतः वास्तविक प्रणालियों में काउंटर आयनों के स्थानिक वितरण से भिन्न होता है, इस कारण कलंक उत्पन्न हो सकते हैं, विशेष रूप से उन प्रणालियों में जिनका डाईइलेक्ट्रिक स्थिरांक असमान है। यहाँ, हम असमान प्रणालियों में आयनों के रासायनिक संभाव्यता पर स्पष्ट काउंटर आयनों की बजाय अप्रत्यक्ष पृष्ठभूमि चार्ज के उपयोग के प्रभाव के लिए एक विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं, जो (i) यह निर्धारित करने के लिए एक मात्रात्मक मानदंड प्रदान करता है कि क्या पृष्ठभूमि चार्ज नमूना समस्याओं से उत्पन्न कलंक और विषम पृष्ठभूमि चार्ज वितरण से उत्पन्न कलंक के बीच एक स्वीकार्य व्यापार-बंद प्रदान करता है, और (ii) कुछ मामलों में इस कलंक को सुधारने के लिए उपयोग किया जा सकता है। हमारा मॉडल गैर-तटस्थ प्रणाली के समान तटस्थ पृष्ठभूमि चार्ज और वास्तविक तटस्थ प्रणाली के बीच चार्ज घनत्व में भिन्नता के संदर्भ में कलंक को मापता है जिसमें स्पष्ट काउंटर आयनों का भौतिक रूप से सही वितरण होता है। हम दिखाते हैं कि असमान प्रणालियों, जैसे पानी में प्रोटीन और झिल्ली के लिए, कलंक ions के निचले डाईइलेक्ट्रिक में दशों से लेकर सैकड़ों किलोजूल प्रति मोल तक अधिक स्थिरता में प्रकट होता है। हमने आणविक गतिशीलता सिमुलेशन में अपने मॉडल की सटीकता का परीक्षण किया है और पाया है कि पानी से हेक्साडेकन में एक परीक्षण चार्ज को स्थानांतरित करने के लिए गणितीय रूप से अनुमानित मुक्त ऊर्जा में त्रुटि सटीक रूप से मॉडल द्वारा पूर्वानुमानित है, जिसमें प्रणाली के विभिन्न कुल चार्ज और विभिन्न सिमुलेशन बॉक्स आकार होते हैं। गणनाएं आगे पुष्टि करती हैं कि सिमुलेशन बॉक्स में काउंटर चार्ज का गलत वितरण PMFs में त्रुटियों के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार है।