疎水性相互作用における抗緩和性と協同性：3体自由エネルギー景観とタンパク質の暗黙的溶媒潜在的機能との比較

3体疎水性関連の平均力（PMFS）のポテンシャルが調査され、タンパク質の折りたたみにおける同様のプロセスに関する洞察を得ることができます。水中の3つのメタンの明示的なシミュレーションから得られた自由エネルギー環境は、タンパク質の研究のための一般的な暗黙的な溶媒有効電位によって予測されたものと比較されます。明示的な水シミュレーションは、3メタン構成の拡張範囲で、大気圧下で25度Cの疎水性関連は、ほとんどが抗協力的であり、つまり、相互作用の自由エネルギーがペアワイズ添加剤である場合よりも好ましくないことを示しています。関連性の運動経路と添加剤の温度依存性に対する自由エネルギーの非調整性の影響は、3メタンシステムと単純化されたチェーンモデルを使用して調査されます。周囲条件下での抗クーパラティブの有病率は、疎水性以外の駆動力がタンパク質熱力学的協同性にも重要な役割を果たすことを示唆しています。明示的な水をシミュレートした3体PMFを模倣する際に、いくつかの暗黙的溶媒電位の有効性を評価します。接触自由エネルギーの最小の好意は、溶媒アクセス可能な表面積（SASA）によって劇的に過大評価されていることがわかります。SASAとボリュームベースのガウス溶媒除外モデルの両方が、脱溶媒障害の予測に失敗しました。ただし、この障壁は、分子表面積モデルと最近の「疎水性力場」によって定性的に捕捉されています。テストされた暗黙の溶媒モデルのいずれも、3メタン構成の全範囲と、考慮される他のいくつかの熱力学的特徴について正確ではありません。

Potentials of mean force (PMFs) of three-body hydrophobic association are investigated to gain insight into similar processes in protein folding. Free energy landscapes obtained from explicit simulations of three methanes in water are compared with that predicted by popular implicit-solvent effective potentials for the study of proteins. Explicit-water simulations show that for an extended range of three-methane configurations, hydrophobic association at 25 degrees C under atmospheric pressure is mostly anti-cooperative, that is, less favorable than if the interaction free energies were pairwise additive. Effects of free energy nonadditivity on the kinetic path of association and the temperature dependence of additivity are explored by using a three-methane system and simplified chain models. The prevalence of anti-cooperativity under ambient conditions suggests that driving forces other than hydrophobicity also play critical roles in protein thermodynamic cooperativity. We evaluate the effectiveness of several implicit-solvent potentials in mimicking explicit water simulated three-body PMFs. The favorability of the contact free energy minimum is found to be drastically overestimated by solvent accessible surface area (SASA). Both the SASA and a volume-based Gaussian solvent exclusion model fail to predict the desolvation barrier. However, this barrier is qualitatively captured by the molecular surface area model and a recent "hydrophobic force field." None of the implicit-solvent models tested are accurate for the entire range of three-methane configurations and several other thermodynamic signatures considered.