Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари
The electrostatic component used in the traditional force fields significantly impacts their accuracy in modelling the noncovalent interactions peculiar to biomolecular systems, including hydrogen bonding. In this contribution, we present a physical model for approximating the electrostatic potentia...
Збережено в:
| Видавець: | Publishing house "Academperiodika" |
|---|---|
| Дата: | 2023 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Publishing house "Academperiodika"
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023177 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Організація
Ukrainian Journal of Physics| id |
ujp2-article-2023177 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| spelling |
ujp2-article-20231772023-11-29T15:44:25Z Approximating Electrostatic Potential of Molecules with Point Charges Mimicking the Electron Pairs Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари Nikolaienko, T.Yu. Bulavin, L.A. electrostatic interaction energy electron charge density molecular electrostatic potential atomic charges електростатична складова енергiї взаємодiї густина електронного заряду електростатичний потенцiал молекули заряди атомiв The electrostatic component used in the traditional force fields significantly impacts their accuracy in modelling the noncovalent interactions peculiar to biomolecular systems, including hydrogen bonding. In this contribution, we present a physical model for approximating the electrostatic potential of a molecule (MEP) based on the first-principle decomposition of its charge density distribution into the localized components. In contrast to conventional schemes, which typically use atom-centered charges to approximate MEP, the proposed approach locates such charges in the positions selected so as to mimic the anisotropy of the electron density distributions related to the electron pairs of atoms or covalent bonds. This peculiarity leads to a more accurate representation of the overall electrostatic potential, as verified by applying the proposed model to approximate the electrostatic component of the intermolecular interaction energy in 145 noncovalently bound molecular complexes from GMTKN55 database. This benchmark showed the root-mean-square difference between the true and approximated values of the electrostatic component of 2.7 kcal/mol, which is 2.2 times lower as compared to the traditional RESP charges method used as a baseline. У традицiйних потенцiалах мiжатомної взаємодiї (“силових полях”) їхня електростатична складова iстотно впливає на коректнiсть моделювання ними водневих зв’язкiв та iнших нековалентних взаємодiй, притаманних бiомолекулярним системам. У роботi запропоновано фiзичну модель для апроксимацiї електростатичного потенцiалу молекули (МЕП), засновану на розкладаннi її густини заряду, отриманої з перших принципiв, на локалiзованi складовi. На вiдмiну вiд традицiйних схем, в яких для апроксимацiї МЕП зазвичай використовують точковi заряди, розмiщенi на атомах, у запропонованому пiдходi такi заряди розмiщуються у точках, вибраних так, щоб зiмiтувати анiзотропiю розподiлу електронної густини, зумовлену електронними парами атомiв або ковалентних зв’язкiв. Ця особливiсть приводить до бiльш точного представлення загального електростатичного потенцiалу молекули, що пiдтверджується застосуванням запропонованої моделi для апроксимацiї електростатичної складової мiжмолекулярної взаємодiї в 145 нековалентно-зв’язаних молекулярних комплексах iз бази GMTKN55. У результатi такого застосування було знайдено, що середньоквадратичне вiдхилення апроксимованих значень електростатичної складової енергiї мiжмолекулярної взаємодiї вiд справжнiх для запропонованої моделi становило 2,7 ккал/моль, що у 2,2 рази менше порiвняно з традицiйним методом, заснованим на використаннi RESP-зарядiв на атомах. Publishing house "Academperiodika" 2023-11-29 Article Article Original Research Article (peer-reviewed) Оригінальна дослідницька стаття (з незалежним рецензуванням) application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023177 10.15407/ujpe68.10.673 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 68 No. 10 (2023); 673 Український фізичний журнал; Том 68 № 10 (2023); 673 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe68.10 en https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023177/3039 Copyright (c) 2023 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| institution |
Ukrainian Journal of Physics |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
electrostatic interaction energy electron charge density molecular electrostatic potential atomic charges електростатична складова енергiї взаємодiї густина електронного заряду електростатичний потенцiал молекули заряди атомiв |
| spellingShingle |
electrostatic interaction energy electron charge density molecular electrostatic potential atomic charges електростатична складова енергiї взаємодiї густина електронного заряду електростатичний потенцiал молекули заряди атомiв Nikolaienko, T.Yu. Bulavin, L.A. Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| topic_facet |
electrostatic interaction energy electron charge density molecular electrostatic potential atomic charges електростатична складова енергiї взаємодiї густина електронного заряду електростатичний потенцiал молекули заряди атомiв |
| format |
Article |
| author |
Nikolaienko, T.Yu. Bulavin, L.A. |
| author_facet |
Nikolaienko, T.Yu. Bulavin, L.A. |
| author_sort |
Nikolaienko, T.Yu. |
| title |
Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| title_short |
Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| title_full |
Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| title_fullStr |
Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| title_full_unstemmed |
Апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| title_sort |
апроксимація електростатичного потенціалу молекули точковими зарядами, що імітують її електронні пари |
| title_alt |
Approximating Electrostatic Potential of Molecules with Point Charges Mimicking the Electron Pairs |
| description |
The electrostatic component used in the traditional force fields significantly impacts their accuracy in modelling the noncovalent interactions peculiar to biomolecular systems, including hydrogen bonding. In this contribution, we present a physical model for approximating the electrostatic potential of a molecule (MEP) based on the first-principle decomposition of its charge density distribution into the localized components. In contrast to conventional schemes, which typically use atom-centered charges to approximate MEP, the proposed approach locates such charges in the positions selected so as to mimic the anisotropy of the electron density distributions related to the electron pairs of atoms or covalent bonds. This peculiarity leads to a more accurate representation of the overall electrostatic potential, as verified by applying the proposed model to approximate the electrostatic component of the intermolecular interaction energy in 145 noncovalently bound molecular complexes from GMTKN55 database. This benchmark showed the root-mean-square difference between the true and approximated values of the electrostatic component of 2.7 kcal/mol, which is 2.2 times lower as compared to the traditional RESP charges method used as a baseline. |
| publisher |
Publishing house "Academperiodika" |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023177 |
| work_keys_str_mv |
AT nikolaienkotyu approximatingelectrostaticpotentialofmoleculeswithpointchargesmimickingtheelectronpairs AT bulavinla approximatingelectrostaticpotentialofmoleculeswithpointchargesmimickingtheelectronpairs AT nikolaienkotyu aproksimacíâelektrostatičnogopotencíalumolekulitočkovimizarâdamiŝoímítuûtʹííelektronnípari AT bulavinla aproksimacíâelektrostatičnogopotencíalumolekulitočkovimizarâdamiŝoímítuûtʹííelektronnípari |
| first_indexed |
2024-03-30T03:10:09Z |
| last_indexed |
2024-03-30T03:10:09Z |
| _version_ |
1804810397119676416 |