Применение мультизарядового приближения больших плотных матриц в рамках модели поляризуемого континуума для растворителя
Михалев А.Ю., Офёркин И.В., Оселедец И.В., Сулимов А.В., Тыртышников Е.Е., Сулимов В.Б.

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.

Ключевые слова: континуальная модель растворителя, поляризационные заряды, триангуляционная сетка, молекулярная поверхность, поверхность исключенного из растворителя объема, энергия сольватации, энергия десольватации, энергия взаимодействия белок-лиганд, растворитель, мультизарядовый метод.

Название статьи, аннотация и ключевые слова на английском языке

  • Михалев А.Ю. – Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, факультет вычислительной математики и кибернетики, Ленинские горы, д. 1, стр. 52, 119992, Москва; аспирант, e-mail: muxasizhevsk@gmail.com
  • Офёркин И.В. – ООО "Димонта", ул. Нагорная, д. 15, корп. 8, 117186, Москва; программист, e-mail: io@dimonta.com
  • Оселедец И.В. – Институт вычислительной математики РАН, ул. Губкина, д. 8, 119333, Москва; ст. науч. сотр.; e-mail: oseledets@gmail.com
  • Сулимов А.В. – ООО "Димонта", ул. Нагорная, д. 15, корп. 8, 117186, Москва; зам. директора по информационным технологиям, e-mail: sulimovv@mail.ru
  • Тыртышников Е.Е. – Институт вычислительной математики РАН, ул. Губкина, д. 8, 119333, Москва; директор, e-mail: eugene.tyrtyshnikov@gmail.com
  • Сулимов В.Б. – Научно-исследовательский вычислительный центр, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Ленинские горы, д. 1, корп. 4, 119992, Москва; зав. лабораторией, e-mail: vladimir.sulimov@gmail.com