Size-dependence of hydrophobic hydration at electrified gold/water interfaces
金属/水界面处的疏水水合作用积极地有助于电化学反应的能量学，例如CO $_2$和N $_2$还原，其中涉及小疏水分子。采用恒电位分子动力学方法研究了金/水界面的疏水水化反应。我们提出了一个扩展的Lum-Chandler-Weeks（LCW）理论来描述在界面处的疏水水化的自由能作为溶质尺寸和施加电压的函数。基于这个模型，我们能够预测的自由能成本的空腔形成在接口直接从自由能成本的散装加上接口相关的校正项。界面水网络有助于显着的自由能产生一个理想的疏水物在金表面的外层吸附的偏好。我们预测积累的小疏水溶质的大小相当于CO或N $_2$，而自由能成本水合较大的疏水体，以上2.5埃半径，被证明是在界面处比在散装。有趣的是，从体积占主导地位的过渡到表面占主导地位的制度预测的LCW理论在散装也发现发生在Au/水界面的疏水体，但发生在较小的腔半径。通过将扩展的LCW理论应用于一个简单的模型加成反应，我们说明了我们的研究结果对电化学反应的一些影响。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Coupling hydrophobic, dispersion, and electrostatic contributions in continuum solvent models
最近的研究水合的微米和纳米级溶质已经证明了一个强大的{ \it耦合}之间的疏水性，分散和静电的贡献，一个事实没有考虑在目前的隐式溶剂模型。我们提出了一个理论形式主义，占耦合最小化吉布斯自由能相对于溶剂体积排斥函数。溶剂可及表面是我们理论的输出。我们的方法说明了不同长度尺度上的烷烃组装溶质的水合作用，并捕捉到与最近的计算机模拟一致的溶质-溶剂相互作用的特定形式的强敏感性。
2005-09-13 physics.chem-ph
Hydration of Krypton and Consideration of Clathrate Models of Hydrophobic Effects from the Perspective of Quasi-Chemical Theory
液态氪水系统上的AIMD结果与液态水溶液中Kr原子径向水合结构的最近XAFS结果进行了比较。与液体溶液结果的比较是令人满意的，并显着不同的径向分布提取的数据上的固体笼形水合物相。计算还产生的配位数分布，可以检查的亚稳的协调结构，这表明笼形组织的可能性，没有看到在这些结果。讨论了疏水性水合的包合物图片，以及应为包合物图片提供基础的准化学理论。外壳贡献进行了讨论和准确估计，他们是积极的，大于积极的实验水合自由能的Kr（aq），这意味着内壳的贡献必须是负的。从模拟液体中提取笼形内壳配位结构，然后进行量子化学优化，得到总分解。与外壳材料的相互作用是决定性的，在稳定的配位结构中观察到的液体溶液和笼形物相。“我们要告诉学生什么”的问题，疏水水化，经常回答结构模型，如包合物图片，然后考虑，我们提出了一个替代的答案，是一致的成功的疏水效应的分子理论，并根据独特的可观察到的性质的液体水。对简约性的考虑，例如奥卡姆剃刀，则表明在这个阶段不需要对"我们要告诉学生什么“做出额外的结构假设
2002-11-04 physics.bio-ph physics.chem-ph
Probabilistic approach to the length-scale dependence of the effect of water hydrogen bonding on hydrophobic hydration
我们提出了一种水-水氢键的概率方法，该方法允许获得每个水分子的键数作为其与疏水性颗粒的距离和疏水性半径的函数的解析表达式。这种方法可以用于密度泛函理论（DFT）和计算机模拟，以检查粒子的水合作用和溶剂介导的相互作用的颗粒尺寸的影响。例如，它允许一个明确地确定水氢键贡献的外部电位，其中一个水分子受到附近的疏水。该模型的DFT实现预测的水合自由能每单位面积的球形疏水物是急剧敏感的疏水物半径为小半径和弱敏感，大的，这证实了小和大的长度尺度的粒子通过不同的机制发生的水合的愿景。另一方面，该模型预测，即使是足够小的半径的非极性粒子的水合作用可能会成为philically有利的，由于成对（分散）水-水和水-疏水相互作用的能量的相互作用。这揭示了以前的反直觉观察（理论和模拟），两个惰性气体分子更喜欢形成溶剂分离的对，而不是接触的对。
2013-03-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dissecting Hydrophobic Hydration and Association
我们使用适当定义的短程参考模型的液态水澄清不同的角色，当地的氢键，范德华吸引力，和远程静电相互作用发挥在水中的非极性溶质的溶剂化和协会。虽然局部氢键相互作用主导涉及小溶质的疏水效应，但发现更长范围的静电和分散相互作用在描述大溶质周围的界面结构中越来越重要。氢键网络设置溶质长度尺度，在该尺度下观察到这些小和大长度尺度制度之间的溶剂化行为的交叉。不平衡的长程作用力作用于界面水分子在疏水缔合中也很重要，在这里通过分析模型甲烷和巴克敏斯特富勒烯溶质的缔合来说明。
2015-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
System size dependence of hydration shell occupancy
排空溶质周围的第一水合壳层和由第一水合壳层限定的空腔的自由能取决于系统尺寸。用准化学理论解释的这一观察结果表明，亲水性和疏水性对水合作用的贡献都取决于系统尺寸，并随着系统尺寸的增加而减小。虽然净水合自由能受益于亲水性和疏水性贡献的平衡，但仍需要一个大系统来描述溶剂对大分子的影响。
2019-07-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Conditional solvation of isoleucine in model extended and helical peptides: context dependence of hydrophobic hydration and the failure of the group-transfer model
GXG三肽相对于参比GGG的水合热力学通常用于定义X的条件水合贡献。这个量或侧链的小分子类似物的水合热力学或这些估计的一些组合已经锚定了对蛋白质稳定性和折叠的开创性实验的解释。我们表明，这种程序来模拟蛋白质水化有显着的局限性。我们研究了异亮氨酸侧链在扩展的五肽和螺旋十肽的条件水合热力学，适当地使用扩展的五甘氨酸或适当的螺旋十肽作为参考。丁烷的水合作用为侧链提供了一个小分子参考。我们使用准化学理论解析的水化热力学化学，包装，和远程相互作用的贡献。化学贡献反映了溶质的定义的内壳层内的溶剂聚类的贡献; g-丁烷的化学贡献比异亮氨酸的条件化学贡献实质上更负。填充贡献给出了在溶剂中产生空腔所需的功，这是理解疏水水合作用的一个感兴趣的量。g-丁烷的堆积贡献大大高估了异亮氨酸的条件堆积。这种补偿贡献的净值仍然与异亮氨酸的条件自由能不一致，但幅度较小。正丁烷模型的过量水化焓和熵也比侧链的相应条件量更负。在描述螺旋肽中异亮氨酸的条件溶剂化时，GGIGG中异亮氨酸的条件溶剂化也证明是不令人满意的。
2013-11-05 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Molecular Realism in Default Models for Information Theories of Hydrophobic Effects
这封信考虑了几个物理参数的贡献，惰性气体的疏水水化，构建默认模型来测试它们在信息理论，并给出信息理论预测使用这些默认模型与时刻信息来自模拟液态水。测试的物理特性包括：填充或空间效应、降低溶剂压力的吸引力的作用以及液态水中水分子的大致四面体配位。填充效应（硬球默认模型）和填充效应加上吸引力（Lennard-Jones默认模型）是无效的，在改进预测的疏水性水合自由能的惰性气体在以前使用的吉布斯和平坦的默认模型。然而，一个概念上简单的集群泊松模型，将四面体协调结构的默认模型是这些预测的更好的表现之一。这些结果提供了一个部分合理化的显着性能的平面默认模型在以前的应用程序中的两个时刻。因此，集群泊松违约模型将是进一步完善的主题。
1999-01-19 physics.chem-ph
Computational assesment of the entropy of solvation of small-sized hydrophobic entities
本文采用高水平极化力场，通过计算机模拟研究了小分子疏水水化的温度依赖性。液态水在不同温度下的分子动力学（MD）模拟形成了自由能微扰计算的基础，该计算考虑了排斥球的发生和生长。这个排斥球充当疏水物质的模型构造。在目前的研究中，一个扩展是追求七个独立的目标温度，范围从接近冰点几乎到沸点的液态水在标准条件下。注意保持适当的物理化学模型的描述与实验水密度在选定的目标温度进行交叉检查。分子水的极化力场的描述证明是合适的，在整个温度域考虑。计算的疏水水化的自由能相对于温度的导数可以获得熵的变化。在实践中，熵差由自由能分布中在某一目标温度下形成的切线的斜率的负值确定。得到的熵的变化是负的小尺寸的空腔，因此再次确认Lum Chandler Weeks理论的小尺寸溶质的疏水水化的基本思想。
2007-11-26 physics.bio-ph physics.chem-ph
Water Dynamics around T0 vs. R4 of Hemoglobin from Local Hydrophobicity Analysis
基于分子动力学模拟，分析了四聚体血红蛋白在其T $_0$和R $_4$构象亚态下的局部水合作用。在$α_1 β_2$和$α_2 β_1$接口，负责四元T $\rightarrow$ R过渡，这是编码在MWC模型，以及与早期计算的溶剂可及表面积（SASA）的比较，所有残基的局部疏水性（LH）的分析，清楚地表明，这两个数量测量水合的不同方面。局部疏水性量化了水分子在界面处的存在和结构，而"埋面“报告了溶剂的可用空间。对于Hb冻结在T $_0$和R $_4$状态的模拟，LH与埋藏表面之间的相关系数分别为0.36和0.44，但如果使用95%的置信区间，则显著增加。Hb冷冻和柔性的LH对于界面处的大多数残基几乎没有变化，但对于少数选定的残基，即Thr 41 $α$、Tyr 42 $α$、Tyr 140 $α$、Trp 37 $β$、Glu 101 $β$（对于T $_0$）和Thr 38 $α$、Tyr 42 $α$、Tyr 140 $α$（对于R $_4$），有显著改变。发现在界面处的水分子的数量增加了$\sim 25$ \%，对于T $_0$ $\rightarrow$ R $_4$，这与早期的测量一致。由于水合作用对蛋白质功能至关重要，因此很明显水合作用在变构中也起着重要作用。
2022-12-08 physics.bio-ph physics.chem-ph
Hydrophobic Effects on a Molecular Scale
一种理论方法被开发来量化疏水水化和分子尺度上的相互作用，与深入了解疏水效应的分子起源的目标。该模型的基础上的空腔形成的概率在散装水分子尺度的密度波动，和最简单的疏水性溶质，硬颗粒的水合自由能之间的基本关系。这种概率估计使用信息理论（IT）的方法，结合实验可用的散装水的属性-密度和径向分布函数。IT方法再现了最简单的疏水效应：球形非极性溶质的水合作用，甲烷分子之间的平均力的潜力，以及溶剂对丁烷扭转平衡的贡献。这种方法的应用研究温度和压力的影响提供了新的见解的热力学和动力学的蛋白质折叠。IT模型与蛋白质展开实验中观察到的疏水熵收敛到水的宏观等温可压缩性。压力变性的蛋白质的一个新的解释如下从疏水聚集体的压力稳定性的分析，表明水渗透在高压下的蛋白质的疏水核心。这解决了一个长期存在的难题，即压力变性是否与蛋白质稳定性的疏水核心模型相矛盾。最后，在最近开发的微扰理论方法的背景下，讨论了大分子非极性溶质的“去湿”问题。
1998-09-18 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio
Role of hydration and intramolecular interactions in the helix-coil transition and helix-helix assembly in a deca-alanine peptide
对于模型十-丙氨酸肽，腔（理想疏水性）对水合的贡献有利于螺旋到螺旋转变中的螺旋状态和两个螺旋组装中的成对螺旋束。有吸引力的蛋白质-溶剂相互作用的能量贡献被分离成在第一水合壳层中与溶剂的相互作用产生的短程部分和剩余的长程部分。在螺旋-卷曲转变中，短程有吸引力的蛋白质-溶剂相互作用超过疏水水合作用，并有利于未折叠的卷曲状态。对折叠效应的分析表明，肽骨架的有利水合作用有利于未折叠状态。蛋白质分子内相互作用有利于螺旋状态，并在折叠中起决定性作用。在配对的两个螺旋，空腔的贡献超过了短程有吸引力的蛋白质-水的相互作用。然而，远距离的蛋白质-溶剂吸引相互作用可以增强或逆转这一趋势，具体取决于螺旋的相互方向。在螺旋-螺旋组装中，由吸引蛋白质-溶剂相互作用的变化引起的焓变化有利于拆卸。在螺旋配对以及，有利的蛋白质分子内相互作用被发现是一样重要的水合作用。
2015-08-23 physics.bio-ph physics.chem-ph
Long-Range Interactions Dominate the Inverse-Temperature Dependence of Polypeptide Hydration Free Energies
直接，全原子计算的自由能水溶液的十丙氨酸结构-整体上包括骨干和侧链相互作用在一起-表明，有吸引力的相互作用和热膨胀的溶剂解释的逆温度签名，已被解释为有利于传统的疏水机制稳定的结构和功能的可溶性蛋白质。
2019-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Hydrophobic hydration driven self-assembly of Curcumin in water: Similarities to nucleation and growth under large metastability, and an analysis of water dynamics at heterogeneous surfaces
由于姜黄素的有益作用经常被报道限于其小浓度，我们进行了一项研究，通过改变单体的数量来发现姜黄素在水中的聚集特性。我们的分子动力学模拟结果表明，当我们改变姜黄素单体的数量从4到16单体的平衡结构总是一个显着的结构重排的聚集态。我们发现姜黄素单体以非常明确的模式形成簇，其中它们倾向于以苯环的平行和反平行取向聚集，这通常见于蛋白质中β-折叠的形成。随着系统大小从12个增加到16个姜黄素单体，观察到平行排列的群体有相当大的增强。由于大系统尺寸的这种平行排列的普遍性，形成具有最大数量的疏水接触的更紧密堆积的簇。我们还遵循集群增长的途径，特别是从最初的隔离到最终的聚集状态的过渡。我们发现存在一个亚稳态的结构中间体，涉及一些中等大小的集群分散在解决方案中。聚集过程与高度亚稳态下的成核和生长过程相似。最终的聚集形式保持稳定，从其隔离的疏水核中完全排除水。我们还调查了集群表面附近的水结构以及它们的取向。我们发现，水分子形成一个扭曲的四面体的几何形状在第一溶剂化层的簇，强烈的相互作用与亲水基团在姜黄素的表面。姜黄素簇表面附近的这种准结合水分子的动力学比本体慢得多，这表明在蛋白质水化层中经常发现的受限运动。
2014-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Hydrophobic and ionic-interactions in bulk and confined water with implications for collapse and folding of proteins
水和水介导的相互作用决定了蛋白质折叠、蛋白质聚集和在有限空间中自组装的热力学和动力学。为了深入了解水在折叠问题中的作用，我们描述了一些相关模型系统的计算机模拟。二十烷的塌缩动力学表明，在排出水时，线性烃链采用具有1.5圈的有序螺旋发夹结构。二十烷分子的二聚体的结构具有两个彼此垂直堆叠的有序螺旋发夹。作为研究受限空间中折叠的前奏，我们使用模拟来了解纳米液滴中疏水和离子相互作用的变化。在纳米水滴中，疏水和带电物种的溶剂化发生了剧烈的变化。疏水性物种定位在边界处。离子在水密度低的边界处的倾向随着电荷密度的降低而增加。疏水性、极性和带电残基之间的相互作用在密闭空间中也发生了深刻的变化。使用计算机模拟的结果，并占链熵损失后限制，我们认为，然后证明，使用模拟在明确的水，通用两亲性肽序列的有序状态应稳定在圆柱形纳米孔。
2011-05-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Protein Hydration Waters are Susceptible to Unfavorable Perturbations
蛋白质的相互作用、其相行为以及最终其功能的能力都受到蛋白质与其水合水之间的相互作用的影响。在这里，我们研究具有各种大小，形状，化学和生物功能的蛋白质，并使用分子模拟和增强的采样技术来表征它们与水合水的相互作用。我们发现，类似于扩展的疏水表面，蛋白质在去湿过渡的边缘处将其水合水溶解，使其容易受到不利的扰动。我们还发现，触发去湿所需的不利电位的强度大致相同，无论研究的蛋白质，并且仅取决于被扰动的水化壳的宽度。我们的研究结果建立了一个框架，系统地分类蛋白质补丁根据如何有利地与水相互作用。
2018-11-06 physics.bio-ph physics.chem-ph
The dependence of hydrophobic interactions on the solute size
基于我们最近对疏水效应的物理起源的研究，这是适用于调查的溶质尺寸的疏水相互作用的依赖性。当两种相同的疏水性溶质溶解于水中时，测定了水合自由能，并计算出临界半径（Rc）为3.2埃。以Rc为参考，溶解行为可分为初始和疏水溶剂化过程。这些可以通过对C60-C60富勒烯在水中和CH4-CH4分子在水中的分子动力学模拟来证明。在C60富勒烯与水的缔合过程中，随着C60富勒烯之间的分离度降低，疏水作用可分别分为H1w和H2s疏水过程。此外，可以推导出，最大化氢键提供了疏水溶质在水中缔合的驱动力。
2018-03-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular Density Functional Theory for water with liquid-gas coexistence and correct pressure
疏水性溶质在水中的溶剂化具有特殊性，因为液体和气体几乎是共存的。在积分方程的超网链近似中，或者等价地在分子密度泛函理论的均匀参考流体中，共存没有被考虑。因此，纳米级疏水溶质的水合结构和能量是不正确的。在这篇文章中，我们提出了一个桥功能，纠正这种热力学的不一致性，通过引入一个亚稳气相的均匀溶剂。我们展示了如何可以做到这一点的三阶展开的功能周围的散装液体密度，施加正确的压力和正确的二阶导数。虽然这一理论并不局限于水，我们应用它来研究在室温和压力下的水的疏水溶剂化和比较的结果，全原子模拟。有了这个校正，分子密度泛函理论给出，在一个适度的计算成本，定量水合自由能和结构的小分子溶质，如正构烷烃，和硬球溶质的半径范围从埃到纳米。理论预测的宏观液-气表面张力与实验结果相当。这一理论给出了一个替代的经验硬球桥校正到目前为止使用的几个作者。
2015-04-18 physics.chem-ph
Theories of Hydrophobic Effects and the Description of Free Volume in Complex Liquids
水溶液中非极性溶质水合作用的分子理论的最新进展，导致了对液体自由体积或“可用”体积这一老问题的新思考。本文综述了主要的新结果，特别注意液体包装的一般问题。
1999-01-25 physics.bio-ph physics.chem-ph
Computing spatially resolved rotational hydration entropies from atomistic simulations
对于大分子过程的第一原理理解，对潜在的自由能景观的定量理解，特别是其熵贡献是至关重要的。生物分子（如蛋白质）的稳定性受疏水效应的控制，该疏水效应是由溶剂壳层的自由能的竞争性熵和熵贡献引起的。虽然液体的统计力学以及分子动力学模拟提供了很多见解，但溶剂化壳层熵仍然非常难以计算，特别是当需要空间分辨率时。在这里，我们提出了一种方法，允许通过非参数k-近邻密度估计空间分辨旋转溶剂熵的计算。我们验证了我们的方法，使用分析测试分布，并将其应用到原子模拟的水箱。与优于9.6%的准确度，所获得的空间分辨率应该新的光的疏水效应和溶剂化的热力学一般。
2019-11-19 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
The Hydration Structure of Carbon Monoxide by Ab Initio Methods
一氧化碳（CO）在液态水中的溶剂化作用对于理解其毒理学效应和生物化学作用具有重要意义。本文采用从头算分子动力学（AIMD）和CCSD（T）-F12计算方法，对Straub和Karplus分子力学（MM）模型计算CO（aq）的准确性进行了评估。CCSD（T）-F_（12）CO-H_2 O势能面表明，最稳定的结构对应于与C中心提供氢键的水。MM计算的表面错误地预测O原子是比C原子更强的氢键受体。AIMD模拟表明，CO像疏水溶质一样被溶剂化，与水的氢键非常有限。MM模型倾向于高估氢键的程度和高估C原子的原子半径。水化吉布斯自由能的计算值与实验值（9.3 kJ/mol calc. vs 10.7 kJ/mol实验）。CO（aq）在TIP 3 P模型水中的计算扩散系数为5.19 × 10-5 cm 2/s（计算值），是实验值2.32 x 10-5 cm 2/s的两倍以上
2016-10-28 physics.chem-ph
Folding of a Small Helical Protein Using Hydrogen Bonds and Hydrophobicity Forces
一个简化的蛋白质模型，每个氨基酸有五到六个原子，五种氨基酸类型，并在一个三螺旋束蛋白上进行了测试，这是一个来自葡萄球菌蛋白A的46个氨基酸片段。该模型不依赖于广泛使用的Go近似，其中忽略了非原生交互。我们发现，崩溃过渡是相当多的蛋白质A序列比随机序列具有相同的组合物更突然。链崩溃被发现是至少一样快的螺旋形成。能量最小化限制到有利的拓扑结构给出了一个结构，具有从天然结构的均方根偏差为1.8 A。我们的势的序列依赖部分是成对可加的。我们的计算表明，通过参数优化来微调这种潜力的作用有限。
2001-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Molecular theory and the effects of solute attractive forces on hydrophobic interactions
通过理论和模拟结果的协调发展，研究了溶质吸引力对疏水相互作用的影响。我们提出了一个简明的推导局部分子场（LMF）理论的溶质吸引力对疏水相互作用的影响，推导澄清了LMF理论的密切关系，EXP近似很久以前应用到这个问题。模拟结果表明，从纯粹的排斥原子溶质相互作用，包括现实的吸引相互作用\emph{diminishes}的疏水键的强度的变化。对于Ar-Ar rdfs考虑逐点，溶质吸引力对疏水相互作用的影响的数值结果是相反的符号和更大的幅度比预测的LMF理论。从准化学理论的角度讨论了这种比较，并建议这种差异的第一个原因是在LMF理论的Ar对的水化能的不完整的评估。与最近的建议所需的关联函数积分的系统大小外推，Ar-Ar rdfs允许渗透第二维里系数$B_2$的评价。这些$B_2$还表明，引入吸引相互作用导致更积极的（排斥）值。在吸引相互作用的作用下，随着温度的升高，$B_2$可以从正值变为负值。这与Watanabe，\emph{et al.,}的历史工作一致，$B_2 \approx 0$用于中间情况。在这里的所有情况下，随着温度的升高，$B_2$变得更有吸引力。
2015-10-27 physics.chem-ph
A Heuristic Molecular Model of Hydrophobic Interactions
疏水相互作用为蛋白质折叠、膜形成和油水分离提供驱动力。受信息论的启发，研究了水溶液中非极性溶质的相互作用。一个简单的启发式模型的疏水效应的密度波动。该模型占定量的空腔形成和协会的惰性气体溶质的中央疏水现象，因此，它澄清了疏水效应的基本物理和非极性溶质和疏水残基在生物聚合物的构象平衡的重要应用。
1995-10-04 chem-ph physics.chem-ph
Dynamical transition, hydrophobic interface, and the temperature dependence of electrostatic fluctuations in proteins
分子动力学模拟揭示了一个戏剧性的增加，随着温度的升高，在金属蛋白质质体蓝蛋白的活性位点的水引起的静电波动的幅度。增加的宽度的静电波动，表示在重组能量的变化的蛋白质的氧化还原状态，是有关的疏水蛋白质/水界面的形成，允许大幅度集体波动的水密度在蛋白质的第一溶剂化壳。在重组能随温度升高而单调增加的顶部，我们观察到在220 K处的尖峰也伴随着指数集体斯托克斯位移动力学的显著减慢。与水化壳层水的局部密度波动相反，这些尖峰可能与水溶剂穿过Widom线的全局性质有关。
2008-07-28 physics.bio-ph physics.chem-ph
Solvent fluctuations induce non-Markovian kinetics in hydrophobic pocket-ligand binding
我们研究了水的波动对疏水配体（钥匙）结合到疏水口袋（锁）的键锁缔合动力学的影响，通过一个最小的随机模型系统。它描述了集体水合行为的口袋由双峰波动的水口袋界面，动态耦合到扩散运动的接近配体通过疏水相互作用。这导致了一组过阻尼朗之万方程在二维坐标空间，这是马尔可夫在每个维度。数值模拟表明，局部增加摩擦的配位体，减速结合动力学，和局部非马尔可夫（记忆）效应的配位体的反应坐标中发现以前在显式水分子动力学研究模型疏水口袋配位体结合[1，2]。我们的最低限度的模型阐明了起源的有效增强摩擦的过程中，可以追溯到长时间的衰减的力自相关函数引起的有效的，空间波动的口袋配体相互作用。此外，我们构建了一个广义的1D-Langevin描述，包括一个空间本地的记忆功能，使进一步的解释和半分析量化的结果耦合的2D系统。
2016-02-04 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
What is special about water as a matrix of life?
水提供了稳定液体的大的温度域，并且与其他液体相比，特征疏水效应首先是水性介质的状态方程特征的温度不敏感性的结果。在此基础上，已知的水性介质和条件与作为基质的替代品相比风险较低，熟悉的分子生物学结构和过程已经适应了这种替代品。目前分子尺度上的疏水水化的理解是不符合详细的标准结构熵合理化。这种经典的图形解释可能是一种记忆法，但不是必要的。一个更有说服力的观点是，特殊的疏水效应可以通过检查表征液态水的工程参数来理解。
2007-01-24 physics.bio-ph physics.chem-ph
Affinity, Kinetics, and Pathways of Anisotropic Ligands Binding to Hydrophobic Model Pockets
使用显式水分子动力学（MD）模拟的一个通用的口袋配体模型，我们研究如何化学和形状各向异性的小配体影响的亲和力，动力学速率和途径，其协会的疏水结合位点。特别是，我们调查芳香族化合物，所有类似的分子大小，但不同的各种亲水性或疏水性残基。我们证明，最疏水的部分一般主要是在结合到腔体时去溶剂化，这表明不同化学单元的特定水合作用可以通过“疏水扭矩”来引导取向途径。此外，我们发现，双峰取向波动的配体具有显着增加的动力学障碍结合相比，以前观察到的球形配体由于平移波动的动力学障碍。我们认为，这些动力学障碍，这是配体特异性，影响结合和非结合时间，我们观察到我们研究的配体之间的相当大的差异。
2020-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hydrophobic Interaction Model for Upper and Lower Critical Solution Temperatures
水化的疏水溶质在水中是不同的现象，包括疏水热容量异常，这还没有完全理解的原因。由于其时事性，最近人们对疏水聚集的机理及其所基于的物理学越来越感兴趣。在这项研究中，我们使用一个简单而强大的混合物模型的水，一个适应的两个状态的Muller-Lee-Graziano模型，描述的能级的水分子作为其接近非极性溶质分子的函数。该模型提供了一个适当的描述疏水溶质颗粒之间的多体相互作用。通过详细的蒙特卡罗模拟研究了疏水物质在一阶聚集相变附近的溶解度和聚集。一个闭环共存曲线被发现，这是一致的平均场计算进行了相同的系统。此外，在溶液中的离液物质的失稳效果进行了研究，通过适当的修改MLG模型。这些研究结果表明，一个简单的模型的疏水相互作用可能包含的主要物理过程中涉及的疏水聚集和离液效应。
2003-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Direct observation of a hydrophobic bond in loop-closure of a capped (-OCH2CH2-)n oligomer in water
计算了-CH 2CH 3封端的（-OCH 2CH 2-）n低聚物在水中的端到端分离的概率密度P（r）的小r变化，与CH 4.相同条件下平均力的CH 4势。由于水溶液CH 4…CH 4平均力势是原始疏水键的自然物理定义，本文的结果为直接观察疏水键提供了一个实验条件。物理图像是可溶性链分子携带封端基团进入水溶液，并允许它们以合理的频率找到彼此。与无溶剂时的相应结果比较表明，溶质氧原子的水合作用使链状分子球膨胀。这支持了这样一种观点，即链分子小球可能对疏水相互作用有次要影响，这是这里首先感兴趣的。链分子小球的体积对于比较有溶剂和没有溶剂的概率是重要的，因为它表征了封端基团的局部浓度。研究其他盖帽组，使X射线和中子衍射测量的P（r）进行了讨论。
2010-10-10 physics.bio-ph physics.chem-ph
Understanding diffusion and density anomaly in a coarse-grained model for water confined between hydrophobic walls
我们研究，通过蒙特卡罗模拟，一个粗粒度的模型，在部分水化的疏水壁之间的水单层，与壁到壁的距离约为0.5 nm。我们分析了平行于壁的扩散常数，$D_{\parallel}$，如何改变和相关的系统的相图。我们发现一个轨迹的$D_{\parallel}$最大值和轨迹的$D_{\parallel}$最小值沿等温线，与线的恒定$D_{\parallel}$类似的散装水的熔点线。$D_{\parallel}$极值的两个轨迹包封在恒定$P$时密度最大值的温度线上。我们展示了这些位点是如何与由于氢键的异常体积行为。在低得多的$T$，承压水成为subdiffusive，我们讨论了这种行为是如何增加水分子之间的相关性时，氢键网络的发展。在subdiffusive区域内，虽然翻译在很大程度上受到阻碍，我们观察到，氢键网络可以平衡，其重排是负责沿等压线的密度极小值的外观。我们澄清，最小值不一定与氢键网络的饱和度。
2011-09-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
The Hydrophobic Aggregation of Two Colloids: A Thermodynamic Model
胶体聚集可以在从纯胶体热力学到蛋白质相互作用、它们的稳定性以及可能的折叠的各种领域中实现。事实上，胶体聚集与所谓的疏水效应密切相关，对此提出了热力学解释。这种解释是使用Prigogine的基于熵产生的平衡热力学来进行的。它表明，一个可能的不稳定事件可能会导致自发的和不可逆的两个相同或不同的胶体聚集，因为它会导致溶剂分子从胶体表面的解吸。这种解吸是通过最初吸附的分子的化学势最小化的熵产生因子。这可以被视为所谓的“溶剂熵”或“平移熵”的增加。
2013-01-02 cond-mat.other cond-mat.soft physics.chem-ph
Statistical Mechanics Model for Protein Folding
本文提出了一种新的统计力学方法，用于描述水环境中蛋白质折叠$\leftrightarrow$的展开转变过程。形式主义的基础上的配分函数的蛋白质服从两阶段的折叠动力学的建设。利用疏水碳氢化合物溶剂化的统计力学模型，得到了蛋白质在水环境中无限稀释溶液的配分函数。计算的蛋白质热容量对温度的依赖关系进行了比较与葡萄球菌核酸酶和高铁肌红蛋白的实验测量的相应结果。
2010-05-19 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
How does the first water shell fold proteins so fast ?
第一层水合壳和本体溶剂在蛋白质的折叠中起着至关重要的作用。在这里，水在蛋白质动力学中的作用已经使用理论蛋白质溶剂模型和统计物理方法进行了研究。我们制定了一个水化模型，其中属于蛋白质构象的第一壳层的水分子之间的氢键可能主要形成或断裂。在热平衡下，氢键在低温下形成，在高温下断裂。为了探索溶剂效应，我们使用主方程演化来跟踪大样本蛋白质链的折叠。动力学显示了一个明确的机制。在玻璃化转变温度以上，大比例的链非常迅速地折叠成天然结构，而与温度无关，遵循高转变速率的途径通过被具有断裂氢键的溶剂包围的结构。虽然这些状态有一个无穷小的概率，他们作为强大的动力学吸引子和快速折叠的收益沿着这些路线，而不是路径之间的过渡率小的配置高得多的平衡概率。在给定的低温下，观察到折叠时间的大幅跳跃。低于此玻璃化温度，氢键主要形成的路径成为那些最高的速率，虽然与巨大的弛豫时间的构象变化。研究结果表明，褶皱遵循双漏斗机制。
2011-01-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Comparison between Free and Immobilized Ion Effects on Hydrophobic Interactions: A Molecular Dynamics Study
特定离子对疏水相互作用的影响的基础研究是由理解疏水驱动的自组装或蛋白质折叠等现象的需要驱动的。使用β-肽启发的纳米棒，我们研究了两个自由离子（溶解的盐）和近端固定的离子对疏水相互作用的影响。我们发现，自由离子效应与水的密度波动附近的非极性分子表面，表明这种波动可以是一个指标的疏水相互作用的情况下，溶液添加剂。在固定化离子的情况下，我们的研究结果表明，疏水相互作用可以通过选择不同的空间排列的近端离子的纳米棒上打开和关闭。对于全局两亲性纳米棒，我们发现，相互作用的大小可以进一步调整使用不同的离子大小的近端离子。一般来说，单价邻近阴离子被发现削弱疏水相互作用。这与自由离子的作用相反，根据我们的模拟，自由离子的作用加强了疏水相互作用。此外，固定化的阴离子的离子大小增加不遵循相同的排序（霍夫迈斯特样排名）作为自由离子，当涉及到它们对疏水相互作用的影响。固定化离子的效果并不简单地与两亲性纳米棒的非极性侧附近的水密度波动相关。我们提出了一个分子图片，解释固定与自由离子的对比效果。
2016-08-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular-Scale Hydrophilicity Induced by Solute: Molecular-thick Charged Pancakes of Aqueous Salt Solution on Hydrophobic Carbon-based Surfaces
我们直接观察到分子厚的盐水溶液煎饼在疏水石墨表面的环境条件下，采用原子力显微镜。该观察结果表明盐溶液在石墨表面上具有意想不到的分子级亲水性，这不同于液滴在石墨表面上的宏观润湿性质。有趣的是，煎饼自发地表现出强烈的正电荷行为。理论研究表明，这种带正电荷的煎饼的形成归因于水溶液中的Na+离子与石墨表面上的芳环之间的阳离子-π相互作用，促进了水分子与阳离子一起吸附到石墨表面上;即，Na+离子作为介质，在一侧通过阳离子-π相互作用吸附到石墨表面，同时在另一侧通过水合相互作用在分子尺度上与水分子键合。这些发现表明，关于碳基石墨表面的实际相互作用，包括石墨烯、碳纳米管和生物炭的相互作用，可能与现有理论有显著不同，它们为控制表面润湿性、相互作用和相关的物理、化学和生物过程提供了新的见解。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Local Interactions and Protein Folding: A 3D Off-Lattice Approach
探讨了蛋白质折叠的三维非格点模型的热力学行为。该模型只有两种类型的残基，疏水性和亲水性。在没有局部相互作用的情况下，在所考虑的温度下不会发生原生结构形成。通过包括序列独立的局部相互作用，定性地再现功能蛋白质的局部性质，观察到许多序列的天然状态的优势。在晶格模型方法中，折叠通过逐渐紧化发生，然后是序列依赖的折叠过渡。我们的结果不同于晶格的方法，双峰能量分布没有观察到，高折叠温度伴随着相对较低的温度的比热峰。此外，在早期的研究中使用晶格模型，我们的研究结果令人信服地表明，不需要超过两种类型的残基生成序列具有良好的热力学折叠性能在三维空间。
1996-10-10 cond-mat hep-lat physics.chem-ph
Amino acid preference against beta sheet through allowing backbone hydration enabled by the presence of cation
已知β折叠中水和肽基团PG之间的氢键HB的肽侧链的空间阻断符合氨基酸固有β折叠偏好。目前的观察结果与量子分子动力学，QMD，模拟与每个水分子溶剂化的β折叠，这将是短暂的性质表明，这种空间阻断是不适用于疏水区，除非阳离子存在，因此，氨基酸β折叠偏好由于这种空间阻断是只在阳离子的存在下是有效的。我们观察到在没有阳离子存在的情况下，聚丙氨酸和聚缬氨酸α螺旋中的主链水合，但阳离子可以增加这些HB的强度。平行β折叠具有比相等小尺寸的反平行β折叠更大的趋势以在溶剂化QMD中保留规则结构，并且使用4链4间PG HB链平行β折叠。通过一个表面是聚缬氨酸来增强稳定性，其支撑用于实验的相对表面。一个单一的Ca2+离子被用于调查的个别结合事件，而不是散装性能。在这些模拟中没有观察到Ca2+和PG氧之间的直接结合，但随着瞬时β折叠的展开，它可能发生在更长的时间尺度上。当对肽共振、共振辅助氢键和水的性质准确的线性缩放QMD方法变得可用时，可以以可接受的计算成本进行具有多种类型的多种离子的更广泛的实验。重要的是，这样的调查进行蛋白质的二级结构，而不是模型酰胺，使侧链限制的骨干水合作用，因此内在的氨基酸倾向被捕获。
2016-10-03 cond-mat.soft physics.chem-ph q-bio.BM
Effect of pressure on the phase behavior and structure of water confined between nanoscale hydrophobic and hydrophilic plates
我们进行了系统的分子动力学模拟的水限制在两个纳米板在T=300 K。我们研究了压力（-0.15 GPa <= P <= 0.2 GPa）和板间距（0.4 nm <= d <= 1.6 nm）对水的相行为的影响。当水被限制在疏水板之间时，在足够低的P下在板之间发生毛细蒸发。发生这种转变的d的阈值随着P而减小（例如，1.6 0.0 5GPa时为0.5nm; 0.1GPa时为0.5nm），直至高P时不发生毛细蒸发。当d ~ 0.6 nm且P >= 0.1 GPa时，系统结晶为双层冰。提出了一个显示汽相、液相和双层冰相的P-d相图。当水被亲水性（羟基化二氧化硅）板限制时，它在所研究的所有P和d处保持在液相中。有趣的是，我们观察到，在这种情况下，即使在P散装水空化，承压水保持在液态。系统地研究了两种板材在不同磷浓度下的水化状态。对于这里研究的条件范围内，我们发现，在疏水板的存在下，P的效果是提高水的结构和水分子推向板。疏水板旁边的水分子的平均取向在加压时不改变。相比之下，在亲水性板的存在下，水结构是不敏感的P。因此，我们的研究结果表明，加压时，疏水板表现为“软”表面（在这个意义上的适应压力依赖的水结构的变化），而亲水性的墙壁表现为“硬”表面。
2006-03-02 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Consequences of the failure of equipartition for the p-V behavior of liquid water and the hydration free energy components of a small protein
本文研究了分子动力学模拟中能量均分失效对液态水p-V行为及蛋白质水合自由能的影响，发现小积分步长对准确预测体积、压缩率、介电常数和自由能组分至关重要。
2025-01-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
Fast Tree Search for Enumeration of a Lattice Model of Protein Folding
使用快速树搜索算法和奔腾集群，我们列举了大小为$4\times3\times3$的立方晶格上的蛋白质折叠模型的所有序列和紧凑构象（结构）。我们使用两种类型的氨基酸--疏水性（H）和极性（P）--来组成序列，因此存在$2^{36} \approx 6.87 \times 10^{10}$不同的序列。不同结构的总数为84，731，192。我们利用了一个简单的溶剂化模型，其中折叠成结构的序列的能量减去结构“核心”中疏水氨基酸的数量。对于每个序列，我们发现其基态或基态，即，其能量最低的一个或多个结构。约0.3%的序列具有独特的基态。作为至少一个序列的独特基态的结构的数量为2，662，050，约为结构总数的3%。然而，这些"可设计的“结构在它们的可设计性方面有很大的不同，可设计性被定义为其独特的基态是该结构的序列的数目。为了理解这种可设计性的变化，我们研究了高维空间中结构的分布，其中每个结构由一串1和0表示，分别表示核心和表面位置。
2001-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Pathways to dewetting in hydrophobic confinement
液态水在疏水限制下相对于其蒸汽可以变得亚稳态。由此产生的去湿过渡往往阻碍了大的动力学障碍。根据宏观理论，这样的屏障来自于使跨越两个疏水表面之间的区域的临界蒸气管成核所需的自由能-具有较小半径的管塌陷，而较大半径的管生长以干燥整个受限区域。使用广泛的分子模拟水之间的两个纳米级的疏水表面，结合先进的采样技术，在这里，我们表明，表面间的分离，vanically有利于去湿，去湿的障碍不对应于形成（经典）的临界蒸汽管。相反，它对应于一个突然的过渡，从一个孤立的空腔附近的一个限制表面的间隙跨越蒸汽管已经大于宏观理论预期的临界蒸汽管。相应地，去湿势垒也小于经典的预期。我们发现，水密度波动的特殊性质邻近扩展疏水表面-即，观察低密度波动相对于高斯统计的可能性增强-促进这种非经典行为。通过稳定相对于蒸汽管的隔离腔，增强的水密度波动从而稳定新的路径，其绕过经典障碍并提供减小的抗去湿性。因此，我们的研究结果表明，波动在加速从超疏水表面上的Cassie-Wenzel转换到疏水驱动的生物分子折叠和组装的众多现象的动力学方面起着关键作用。
2015-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
