有機溶媒における自由エネルギー計算のための一般化生まれの生まれおよび明示的な溶媒モデル：シクロデキストリン二量体化

溶媒和（結合）の評価は、生物学的シミュレーションのためのさまざまな誘電環境での暗黙の溶媒モデルを使用し、高スループットリガンドスクリーニングの依然として挑戦的な努力をしています。暗黙の溶媒モデルが明示的なモデルをどの程度よく扱うために、4つの一般化された生まれのモデル（GB（Still）、GB（HCT）、GB（OBC）I、およびGB（OBC）II）を調べて、二量体化自由エネルギーを決定しました（ΔG）（0））誘電体定数を持つ17の暗黙的溶媒におけるβ-シクロデキストリンモノマーのβ-シクロデキストリンモノマー（d）は5〜80の範囲で、以前の自由エネルギー計算と明示的な溶媒と比較しました（Zhang etal。J.Phys。Chem。B2012、116、12684-12693）。この比較は、生まれた半径の環境依存を無視することは、シクロデキストリンを含むこのような計算では許容できるように見えること、およびGB（Still）およびGB（OBC）IモデルはΔG（0）の合理的な推定をもたらすことを示していますが、結合の詳細はまったく異なります。明示的な溶媒から。暗黙的な溶媒モデルと明示的な溶媒モデルの間の大きな矛盾は、強い水素結合（HB）中断特性を備えた高誘電媒体で発生します。GBモデルを使用したΔG（0）は、オンスガー反応フィールドに沿って、2（D-1）/（2D+1）（R（2）〜0.90）に強く相関することが示されています（OnSager J.Am。Chem。Soc。水素結合が興味深い高誘導性環境と、タンパク質結合ポケットや膜インテリアなどの低誘電媒体の両方が、GBベースの計算には注意して考慮する必要があります。最後に、有機液体における小分子の溶媒和のギブスエネルギーの文献分析は、ΔG（0）と2（D-1）/（2D+1）の相関が低いため、現実分子についてはオンスの関係が当てはまらないことを示しています。ほとんどの溶質の場合。興味深いことに、溶媒和自由エネルギーの明示的な溶媒計算（Zhang et al。J.Chem。Inf。Model。2015、55、1192-1201）は、2（D -1）/（2d+1）と弱い実験的相関を非常に再現します。良い。

Evaluation of solvation (binding) free energies with implicit solvent models in different dielectric environments for biological simulations as well as high throughput ligand screening remain challenging endeavors. In order to address how well implicit solvent models approximate explicit ones we examined four generalized Born models (GB(Still), GB(HCT), GB(OBC)I, and GB(OBC)II) for determining the dimerization free energy (ΔG(0)) of β-cyclodextrin monomers in 17 implicit solvents with dielectric constants (D) ranging from 5 to 80 and compared the results to previous free energy calculations with explicit solvents ( Zhang et al. J. Phys. Chem. B 2012 , 116 , 12684 - 12693 ). The comparison indicates that neglecting the environmental dependence of Born radii appears acceptable for such calculations involving cyclodextrin and that the GB(Still) and GB(OBC)I models yield a reasonable estimation of ΔG(0), although the details of binding are quite different from explicit solvents. Large discrepancies between implicit and explicit solvent models occur in high-dielectric media with strong hydrogen bond (HB) interruption properties. ΔG(0) with the GB models is shown to correlate strongly to 2(D-1)/(2D+1) (R(2) ∼ 0.90) in line with the Onsager reaction field ( Onsager J. Am. Chem. Soc. 1936 , 58 , 1486 - 1493 ) but to be very sensitive to D (D < 10) as well. Both high-dielectric environments where hydrogen bonds are of interest and low-dielectric media such as protein binding pockets and membrane interiors therefore need to be considered with caution in GB-based calculations. Finally, a literature analysis of Gibbs energy of solvation of small molecules in organic liquids shows that the Onsager relation does not hold for real molecules since the correlation between ΔG(0) and 2(D-1)/(2D+1) is low for most solutes. Interestingly, explicit solvent calculations of the solvation free energy ( Zhang et al. J. Chem. Inf. Model . 2015 , 55 , 1192 - 1201 ) reproduce the weak experimental correlations with 2(D-1)/(2D+1) very well.