Uso de Métodos de Trabalho Fora de Equilíbrio para Calcular Diferenças de Energia Livre Entre Representações Mecânicas Moleculares e Mecânicas Quânticas de Sistemas Moleculares

Realizar simulações de energia livre (FES) usando Hamiltonianos mecânicos quânticos (QM) continua sendo um objetivo atraente, embora ilusório. Esforços renovados nesta área se concentraram em usar ciclos termodinâmicos "indiretos" para conectar resultados de simulação de "baixo nível" a energias livres de "alto nível". O principal obstáculo para calcular resultados de energia livre convergentes entre mecânica molecular (MM) e QM (ΔA(MM→QM)), como demonstrado recentemente por nós e outros, são as diferenças nos chamados graus de liberdade "rígidos" (por exemplo, estiramento de ligações) entre as superfícies de energia respectivas. Neste trabalho, demonstramos que esse problema pode ser contornado de forma eficiente usando técnicas de trabalho fora de equilíbrio (NEW), ou seja, as equações de Jarzynski e Crooks. Aplicações iniciais do cálculo de ΔA(NEW)(MM→QM), para aminoácidos bloqueados alanina e serina, bem como para gerar os potenciais de força média do butano via o método FES QM/MM indireto, mostraram uma melhoria considerável em relação aos métodos tradicionais de FES.