Континуальная модель растворителя: программа DISOLV – алгоритмы, реализация и валидация

Рассмотрены несколько неявных (континуальных) моделей растворителя: модель поляризуемого континуума (Polarized Continuum Model, или PCM), поверхностный вариант обобщенной модели Борна (Surface Generalized Born, или S-GB) и модель экранировки проводникового типа (COSMO), а также их программная реализация DISOLV. Приведены методы решения соответствующих уравнений и вычисление градиентов энергии молекулы в растворителе, которые нужны при использовании программы DISOLV для локальной оптимизации энергии молекулы в растворителе. Даны основы алгоритма построения используемых в этих моделях молекулярных поверхностей, краткое описание алгоритмов, метод подбора параметров моделей и результаты тестирования на белках и лигандах при использовании силового поля MMFF94. Представлены результаты валидации программы DISOLV, которые показали не только возможность достижений хорошей точности расчетов при произвольных сдвигах триангуляционной сетки – лучше нескольких десятых ккал/моль при разумных временах для таких больших макромолекул, как белки, но и неплохое совпадение (среднеквадратичное отклонение $0.8$ ккал/моль) рассчитанных значений энергии перехода молекулы из газа в воду с экспериментальными значениями для нескольких сотен молекул. Работа выполнена в рамках проведения научно-исследовательских работ по пост-геномным исследованиям и технологиям МГУ им. М.В. Ломоносова и выполнения работ по госконтракту 02.740.11.0388 по теме “Суперкомпьютерные технологии для решения задач обработки, хранения, передачи и защиты информации”, а также частично поддержана грантами РФФИ (коды проектов 09-01-12097_офи-м и 10-07-00595-а).