Модели неявного растворителя

В статье рассматриваются модели неявного растворителя для моделирования биомолекул и обсуждаются лежащие в их основе принципы статистической механики. Основная величина, которую приближённо описывают такие модели, — потенциал средней силы растворённого вещества. Он определяет статистические веса конформаций растворённого вещества и рассчитывается усреднением по степеням свободы растворителя. Полную свободную энергию можно представить как обратимую работу, выполняемую в два последовательных этапа. Сначала растворённое вещество помещают в растворитель с нулевыми частичными атомными зарядами, затем частичные атомные заряды растворённого вещества увеличивают от нуля до полных значений. Поэтому полная свободная энергия сольватации равна сумме неполярного и электростатического вкладов. Первый обычно приближённо оценивают с помощью простых геометрических моделей, например моделей площади поверхности, доступной растворителю, а второй — методами макроскопической континуальной электростатики. Один из эффективных подходов — приближённо описывать среднее распределение растворителя вокруг растворённого вещества, то есть корреляционные функции плотности растворённого вещества и растворителя, как это делается в интегральных уравнениях статистической механики. Недавние достижения в разработке полуаналитических приближений позволили существенно повысить эффективность расчётов континуальной электростатики. Ещё более эффективны полностью эмпирические модели, основанные на имеющихся знаниях, однако их связь с моделями, в которых растворитель описывается явно, пока не до конца установлена. В статье также обсуждаются континуальные модели, в которых и растворённое вещество, и растворитель рассматриваются как диэлектрические среды, и уточняется связь между флуктуациями растворённого вещества и его макроскопической диэлектрической проницаемостью.