Designing molecular complexes using free-energy derivatives from liquid-state integral equation theory
Designing molecular complexes using free-energy derivatives from liquid-state integral equation theory
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使用液态积分方程理论的自由能导数设计分子配合物
DOI：
10.1088/0953-8984/28/34/344004
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发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Mrugalla
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mrugalla
溶液中分子间形成复合物是分子间相互作用转化为功能体系的关键过程。这些过程由结合能或缔合自由能控制，结合能或缔合自由能取决于直接分子相互作用和溶剂化贡献。在制药科学中经常解决的设计目标是在最小化它们相对于化学结构变化的结合自由能的意义上优化复合物伴侣的化学性质。在这里，我们表明，液态理论的溶质-溶质方程的参考相互作用网站模型的形式提供了所有必要的信息，这样一个任务，高效率。特别地，计算平均力（PMF）的势（其限定复合物形成的自由能表面）相对于势参数的导数可以被视为限定化学空间中朝向更好的粘合剂的方向的手段。我们说明的方法在基准的情况下，碱离子结合到冠醚18-冠-6在水溶液中。为了研究基本溶质-溶质理论的有效性，我们首先比较不同方法计算的PMF，包括作为参考的显式自由能分子动力学模拟。最佳结合离子半径的自由能衍生物的基础上的预测，然后示出产生一致的结果，不同的离子参数集和比较以及与早期，数量级更昂贵的显式模拟结果。因此，这项原理性研究证明了液态理论在分子设计问题上的潜力。
Complex formation between molecules in solution is the key process by which molecular interactions are translated into functional systems. These processes are governed by the binding or free energy of association which depends on both direct molecular interactions and the solvation contribution. A design goal frequently addressed in pharmaceutical sciences is the optimization of chemical properties of the complex partners in the sense of minimizing their binding free energy with respect to a change in chemical structure. Here, we demonstrate that liquid-state theory in the form of the solute–solute equation of the reference interaction site model provides all necessary information for such a task with high efficiency. In particular, computing derivatives of the potential of mean force (PMF), which defines the free-energy surface of complex formation, with respect to potential parameters can be viewed as a means to define a direction in chemical space toward better binders. We illustrate the methodology in the benchmark case of alkali ion binding to the crown ether 18-crown-6 in aqueous solution. In order to examine the validity of the underlying solute–solute theory, we first compare PMFs computed by different approaches, including explicit free-energy molecular dynamics simulations as a reference. Predictions of an optimally binding ion radius based on free-energy derivatives are then shown to yield consistent results for different ion parameter sets and to compare well with earlier, orders-of-magnitude more costly explicit simulation results. This proof-of-principle study, therefore, demonstrates the potential of liquid-state theory for molecular design problems.
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影响因子：
4.4
作者：
Hoelzl, Christoph;Kibies, Patrick;Kast, Stefan M.
通讯作者：
Kast, Stefan M.
DOI：
10.1063/1.2841967
发表时间：
2008
期刊：
The Journal of chemical physics
影响因子：
--
作者：
T. Kloss;S. Kast
通讯作者：
S. Kast
影响因子：
2.4
作者：
Kangas, E;Tidor, B
通讯作者：
Tidor, B
络合热力学的混合积分方程/蒙特卡罗方法
DOI：
--
发表时间：
2002
期刊：
影响因子：
--
作者：
K. F. Schmidt;S. Kast
通讯作者：
S. Kast
影响因子：
6.3
作者：
BERENDSEN, HJC;VANDERSPOEL, D;VANDRUNEN, R
通讯作者：
VANDRUNEN, R