Моделирование воды, гидрофобного эффекта и сольватации ионов

Вода играет центральную роль в формировании структуры и свойств биомолекул — белков, нуклеиновых кислот и мембран — и в их взаимодействии с лигандами и лекарственными препаратами. За последние полвека благодаря теоретическому и вычислительному моделированию наше понимание воды значительно углубилось. Однако разные модели описывают разные аспекты её поведения. В моделировании воды наметилась тенденция к изучению свойств на всё более мелких масштабах и к увеличению структурной детализации, что требует всё больших вычислительных ресурсов. В последнее время наши исследовательские группы и другие коллективы движутся в противоположном направлении: разрабатывают более простые физические модели, сосредоточиваясь на общих свойствах воды — например, термодинамике, фазовой диаграмме и сольватационных свойствах, — и снижая вычислительные затраты. Упрощённые модели помогают лучше понять воду и дополняют знания, полученные с помощью более сложных моделей. Одна из конечных целей — создание более удобных для практического применения моделей компьютерного моделирования биомолекул. В этом обзоре с точки зрения простых моделей показано, как физические свойства воды — как чистой жидкости и как растворителя — обусловлены её геометрическими особенностями и водородными связями.