纳米尺度溶质间疏水与库仑相互作用的竞争

通过恒温恒压分子动力学模拟，研究了水中带电的纳米级球形溶质的溶剂化，以及两个此类溶质之间有效的、溶剂诱导的力，模拟中使用了携带各种电荷模式的模型溶质。中性溶质的结果与早期发现以及简单宏观考虑的预测非常吻合：显著的疏水吸引力可归因于溶质间溶剂的强烈耗尽（“干燥”）。当溶质均匀带电时，这种疏水吸引力会大大减弱，并且在足够高的电荷下，总力变为排斥力；阴离子和阳离子溶质对之间存在显著的不对称性，后者受到的疏水吸引力较小。当溶质携带离散（而非均匀）的电荷模式时，情况变得更加复杂。由于由此产生的亲水和疏水“斑块”对溶剂分子的拮抗效应，水在溶质周围再次显著耗尽，并且尽管溶质间存在直接的静电排斥，有效相互作用仍恢复为主要吸引。对高度粗粒化的构型概率密度的检查表明，与粗略的隐式溶剂表示的预测相比，在显式溶剂中两个溶质的相对取向非常不同。本研究强烈表明，对球状蛋白质表面电荷分布的真实建模，以及对水的分子处理，是任何可靠的蛋白质聚集研究的必要前提。