Применение мультизарядового приближения больших плотных матриц в рамках модели поляризуемого континуума для растворителя

Аннотация

Рассмотрены расчеты полярной части энергии взаимодействия молекул с водой в рамках континуальной модели растворителя PCM (Polarized Continuum Model). Предложен новый алгоритм решения уравнения для поляризационных зарядов, позволяющий получить ускорение в сотни раз по сравнению с обычными итерационными методами без существенной потери точности. Этот новый алгоритм основан на использовании мультизарядового приближения больших плотных матриц, возникающих при триангуляции поверхности, разделяющей молекулу и растворитель, и дискретизации непрерывной плотности поляризационных зарядов, наводимых на поверхности диэлектрика-растворителя атомными зарядами молекулы. Новый алгоритм реализован в программе MCBHSOLV, написанной на языке Python, а сравнение результатов расчетов и их быстродействия проводилось с программой DISOLV. Сравнение проведено на тестовом наборе комплексов белок-лиганд, содержащем различные белки и лиганды. Особенностью этого сравнения является то, что в обеих программах использовались одни и те же молекулы, одни и те же молекулярные поверхности и их триангуляционные сетки и одни и те же заряды соответствующих атомов рассмотренных молекул, а сравнение проводилось при расчетах полярной составляющей энергии сольватации белков, лигандов и их комплексов, а также при расчетах энергии десольватации, играющей важную роль при связывании лигандов (молекул-кандидатов в ингибиторы) с белками. Для тестового набора комплексов исследовано влияние на результат шага триангуляционной сетки на поверхности раздела молекула-растворитель. Показано, что для расчета энергии десольватации при связывании лиганда с белком с помощью программы MCBHSOLV с точностью лучше 1 ккал/моль достаточно проводить расчеты с шагом сетки 0.2 A, затрачивая при этом всего несколько минут на комплекс.