分子模拟

分子模拟编辑分子模拟，是指利用理论方法与计算技术，模拟或仿真分子运动的微观行为，广泛的应用于计算化学，计算生物学，材料科学领域，小至单个化学分子，大至复杂生物体系或材料体系都可以是它用来研究的对象。

计算机分子模拟技术Computer Molecular Simulation,CMS目录1分类2计算机分子模拟技术3应用1分类编辑分子模拟的工作可分为两类：预测型和解释型。

预测型工作是对材料进行性能预测、对过程进行优化筛选，进而为实验提供可行性方案设计。

解释型工作即通过模拟解释现象、建立理论、探讨机理，从而为实验奠定理论基础。

2计算机分子模拟技术编辑这是随着计算机在科研中的应用而发展起来的一门新的科学，是计算机科学与基础科学相结合的产物。

在药物研究方面通过分析和计算一系列活性药物分子的三维构象并将其叠合，可以了解某一类药物分子所应具有的药物构象，这一信息给予新药研究很大帮助，药效构象的计算为今后的药效基团方法以及数据库虚拟筛选的方法打下了基础。

3应用编辑近年来分子模拟技术发展迅速并在多个学科领域得到了广泛的应用。

在药物设计领域，可用于研究病毒、药物的作用机理等；在生物科学领域，可用于表征蛋白质的多级结构与性质；在材料学领域，可用于研究结构与力学性能、材料的优化设计等；在化学领域，可用于研究表面催化及机理等；在石油化工领域，可用于分子筛催化剂结构表征、合成设计、吸附扩散，可构建和表征高分子链以及晶态或非晶态本体聚合物的结构，预测包括共混行为、机械性质、扩散、内聚与润湿以及表面粘接等在内的重要性质。

生物化学与分子生物学总论▪生物化学▪生物无机化学▪原始生物化学▪古生物化学▪前生命化学▪地球生物化学▪放射生物化学▪低温生物化学▪制备生物化学▪反向生物化学▪生命科学▪分子生物学▪结构分子生物学▪分子遗传学▪生物信息学▪反向生物学▪结构生物学▪生物能学▪生物物理化学▪生物物理学▪酶学▪糖生物学▪基因组学▪结构基因组学▪功能基因组学▪比较基因组学▪药物基因组学▪转基因学▪蛋白质组学▪RNA组学▪糖组学▪相互作用物组学▪代谢物组学▪代谢组学▪表型组学其他科技名词▪转录物组学▪基因组▪功能基因组▪蛋白质组▪转基因组▪转录物组▪表型组▪代谢物组▪RNA组▪糖组▪相互作用物组▪生物大分子▪生物多聚体▪单体▪多体▪寡聚体▪多聚体▪残基▪一级结构▪二级结构▪三级结构▪二维结构▪超螺旋▪氢键▪二级氢键▪三级氢键▪共价键▪离子键▪疏水作用▪螺旋结构▪螺旋度▪螺旋参数▪十字形[结构] ▪环▪凸起▪序列▪共有序列▪保守序列▪前导序列▪下游▪下游序列▪模件▪模体▪结构模体▪域▪激活域▪结构域▪结构元件▪链▪主链▪侧链▪反向平行链▪折叠▪错折叠▪解折叠▪重折叠▪变性▪变性剂▪复性▪退火▪重退火▪失活▪活性▪比活性▪激活[作用] ▪激活物▪激动剂▪解聚▪解离▪效应物▪正效应物▪负效应物▪同促效应▪异促效应▪协同作用▪负协同▪拮抗作用▪拮抗剂▪辅因子▪协同部位▪抑制▪阻抑▪阴性对照▪化学修饰▪修饰系统▪调制▪调制物▪调制系统▪调节▪正调节▪负调节▪邻近依赖性调节▪负调控▪全局调节▪顺式调节▪反式调节▪反式阻遏▪时序调节▪反向调节▪协同调节▪调节物▪正调物▪下调物▪调节因子▪调节域▪调节区▪调节部位▪调节级联▪副作用▪副产物▪副反应▪稳定性▪转运▪接纳体▪衔接子▪连接物▪抗体▪单克隆抗体▪多克隆抗体▪嵌合抗体▪抗原▪表位▪同种型▪结合部位▪配体▪衍生物▪排比▪供体▪受体▪同源物▪同系物▪杂合体▪杂交体▪同形体▪嵌合体▪重组体▪衔接点▪接界▪前体▪引物▪识别元件▪报道分子▪应答元件▪亚基▪基因家族▪蛋白质家族▪亚家族▪超家族▪兼性离子▪趋化性▪协同性▪两亲性▪亲水性▪疏水性▪亲脂性▪同源性▪旋光色散▪旋光异构▪旋光性▪变旋▪手性▪外消旋化▪构型▪构象▪顺向构象▪异构现象▪异构化▪顺反异构▪互变异构▪异构体▪顺式异构体▪反式异构体▪右旋异构体▪左旋异构体▪对映[异构]体▪非对映[异构]体▪互变异构体▪差向异构体▪差向异构化▪专一性▪立体选择性▪立体专一性▪均一性▪不均一性▪微不均一性▪集落▪丰度▪抗终止作用▪装配▪缔合▪亚基缔合▪平衡常数▪缔合常数▪解离常数▪延伸▪识别▪阻滞▪易位▪分子模拟▪成熟▪细胞程序性死亡▪细胞凋亡▪发酵▪融合▪[细]胞外基质▪基质▪古核生物▪生物信息▪多态性▪生物多样性▪生物安全性▪生物可利用度▪生物危害▪生物发光▪微环境▪分子病▪人类基因组计划以上科技名词按拼音字母排序,排名不分先后相关文献分子模拟在淀粉研究中的应用-现代化工-2011年第2期(31)哈密煤惰质组结构模型的分子模拟-山西煤炭-2011年第7期(31)兖州煤大分子结构模型构建及其分子模拟-燃料化学学报-2011年第7期(39)>> 查看更多相关文献分子模拟(Molecular Simulationor Modelling and Simulation)为二十世纪下半叶发展起来而如今最为热门的一种计算机模拟方法。

随着量子力学理论的逐步完善、经验力场的不断开发和更新换代以及计算机的普及和计算速度和容量的不断提升，半个世纪以来，分子模拟的理论和方法得到了快速的发展，在物理、化学化工、材料科学、生命科学等诸多领域发挥着越来越重要的作用，已逐渐形成一门专门的学科—分子模拟。

现今，国内外的绝大多数科研机构和高等院校都已或正在涉足分子模拟领域，每年在世界范围内发表的相关研究论文数以万计，并且呈逐年上升趋势。

分子模拟所担当的角色也由早期纯粹的解释型逐渐过渡到解释、指导及预测并重型。

分子模拟作为一种计算机模拟手段，主要可以进行解释型工作和预测型工作。

前者为实验奠定理论基础，通过模拟解释实验现象、建立理论模型、探讨过程机理等，后者为实验提供可能性和可行性研究，进行方案辅助设计、材料性能预测、过程优化筛选等。

不同的分子模拟手段可以得到不同的信息。

量子力学可以计算得到分子的几乎一切性质，如结构(、构象、偶极矩、电离能、电子亲和力、电子密度、过渡态和反应途径等;分子力学可以计算分子体系的稳定构象、热力学特性、振动光谱等;能量最小化可以探索相空间（phase spaee)和势能面（Potential cuvre)，可以找出局部(local)及全局(global)最小点及转化过程的马鞍点(saddl point);Monte Carlo可以计算复杂分子体系的结构变化特别是相变化;分子动力学可以得到复杂分子的热力学、结构、力学性质特别是可以观察体系的动态演变，得到许多与时间有关的动力学性质;布朗动力学可以研究蛋白质在水溶液中的折叠过程;构象分析可以研究复杂分子稳态和亚稳态结构之间的演变等等。

分子模拟所涉及的研究领域，涵盖了物理、化学、化工、材料、生化等几乎一切可以用理论模型进行研究的体系，多数可以得到能与实验结果相比较的计算结果。

分子模拟己经逐渐成为与实验技术并重的强有力的研究手段。

[基础理论]分子动力学模拟介绍1、分子动力学简介：分子动力学方法是一种计算机模拟实验方法，是研究凝聚态系统的有力工具。

该技术不仅可以得到原子的运动轨迹，还可以观察到原子运动过程中各种微观细节。

它是对理论计算和实验的有力补充。

广泛应用于材料科学、生物物理和药物设计等。

经典MD模拟，其系统规模在一般的计算机上也可达到数万个原子，模拟时间为纳秒量级。

2006年进行了三千二百亿个原子的模拟（IBMlueGene/L）。

分子动力学总是假定原子的运动服从某种确定的描述，这种描叙可以牛顿方程、拉格朗日方程或哈密顿方程所确定的描述，也就是说原子的运动和确定的轨迹联系在一起。

在忽略核子的量子效应和Born-Oppenheimer绝热近似下，分子动力学的这一种假设是可行的。

所谓绝热近似也就是要求在分子动力学过程中的每一瞬间电子都处于原子结构的基态。

要进行分子动力学模拟就必须知道原子间的相互作用势。

在分子动力学模拟中，我们一般采用经验势来代替原子间的相互作用势，如Lennard-Jones势、Mores势、EAM原子嵌入势、F-S多体势。

然而采用经验势必然丢失了局域电子结构之间存在的强相关作用信息，即不能得到原子动力学过程中的电子性质。

详细介绍请见附件。

2、分子模拟的三步法和大致分类三步法：第一步：建模。

包括几何建模，物理建模，化学建模，力学建模。

初始条件的设定，这里要从微观和宏观两个方面进行考虑。

第二步：过程。

这里就是体现所谓分子动力学特点的地方。

包括对运动方程的积分的有效算法。

对实际的过程的模拟算法。

关键是分清楚平衡和非平衡，静态和动态以及准静态情况。

第三步：分析。

这里是做学问的关键。

你需要从以上的计算的结果中提取年需要的特征，说明你的问题的实质和结果。

因此关键是统计、平均、定义、计算。

比如温度、体积、压力、应力等宏观量和微观过程量是怎么联系的。

有了这三步，你就可以做一个好的分子动力学专家了。

推而广之，其实所谓的介观模拟，蒙特卡罗模拟、有限元模拟都是一个道理。

大致分类：2.1电子模拟（量化计算，DFT）?量子化学计算，一般处理几个到几十个原子；常见软件：GAUSSIAN，NWCHEM等?密度泛函（DFT），可以算到上百个原子；常见软件：V ASP2.2分子模拟（分子动力学，蒙特卡洛）2.2.1分子级别的模拟?分子水平的模拟，以分子的运动为主要模拟对象，采用经验性的分子间作用函数模拟微粒之间的作用。

一般情况下不考虑电子转移效应，因而不能准确模拟化学成键作用?发展最早?1950s，Alder，劳伦斯利物默实验室，分子动力学模拟32个原子?1950s，Metropolis，洛斯阿洛莫斯实验室，蒙特卡洛模拟32个原子?分子级别的模拟应用的领域很广，广泛应用于化学，物理，生物，化工，材料，机械，治药等领域?简单易学2.2.2蒙特卡洛方法?蒙特卡洛是一种优化方法，通过蒙特卡洛算法来寻求能量最优点?随机方法：通过系综平均来求取宏观性质，模拟的是平衡状态，不涉及时间效应（KMC 除外）?优点是可以跨越时间因素，缺点是得不到有关时间信息的性质2.3CPMD:考虑量子效应的分子动力学?同时考虑原子核的运动（牛顿力学）和电子的运动（量子力学），能同时准确模拟物理作用和化学键作用?目前来说CPMD可以处理的体系还很小（几十个原子）2.4颗粒方法（CoarseGrain）?将分子基团（几个或者几十上百个原子）当成单个的微粒来处理，微粒之间的作用也是通过类似于分子动力学的未能函数来描述，可以模拟更长的时间跨度3、几种常见的针对软材料模拟分子动力学软件3.1namd：/Research/namd/主要针对与生物和化学软材料体系优点：程序设计水平高，计算效率高，号称可以有效并行到上千个处理器，兼容多种输入和输出文件格式，有很好的分析辅助软件VMD，有很好的维护服务，不需安装，免费缺点：万一需要自己安装的话比较麻烦3.2AMBER：，主要针对生物体系，也适当兼容一般化学分子优点：有很好的内置势能模型，自定义新模型和新分子很方便，有很完善的维护网站缺点：计算效率不高（收敛到16个处理器），运算速度慢，$4003.3CHARMM：/主要针对生物体系，也包含部分化学体系优点：势能模型更新很快，自定义新模型比较方便，维护服务很好缺点：运算速度慢，计算效率低，$6003.4TINKER：/tinker/一般性分子动力学软件，对生物体系略有偏重优点：支持多种模型，免费缺点：仍在开发中，某些方面还不完善3.5LAMMPS：/~sjplimp/lammps.html，一般性分子模拟软件优点：兼容当前大多数的势能模型，编程水平高，计算效率高（比NAMD差，强于其他所有类似软件），可以模拟软材料和固体物理系统，免费缺点：维护差3.6DL-POL Y：/msi/software/DL_POL Y/一般性分子模拟软件优点：界面友好，计算效率高（有两个版本供选择，适合于不同大小的体系），维护服务很好缺点：兼容性不好，100英镑3.7GROMACS：/主要针对生物体系，也适当照顾一般化学体系优点：算法好，计算效率高，界面友好，维护服务好，免费软件缺点：兼容性不好3.8MaterialsExplorer多功能分子动力学软件立足于Windows平台的多功能分子动力学软件。