分子模拟

Abbreviations: β-CD, β-Cyclodextrin; Theor, theoretical value
Fox equation:
1/Tg12 = w1/Tg1 + w2/Tg2
w1Tg1 Kw2Tg 2 w1 Kw2
Gordon-Taylor equation: Tg12
β -cyclodextrin containing 10% w/w H2O
Energy minimized structure of β cyclodextrin containing 10% w/w H2O
β -cyclodextrin and H2O
hydrogen bonding (blue dotted bonds)
Xiong Z, Liu W, Zhou L, et al. Mushroom (Agaricus bisporus) polyphenoloxidase inhibited by apigenin: Multi-spectroscopic analyses and computational docking simulation[J]. Food chemistry, 2016, 203: 430-439.
Nanchang University
浅谈Molecular Simulation Technology：
Materials Studio and Discovery Studio
2016-12-19
Instroduction：Discovery Studio
1. PC上拥有全新的分子建模环境，专业的生命科学分子模拟软件。
PPO-Apigenin Interaction
Apigenin interacted with various
amino acid residues including His61, His85, His244, His259, Asn260, His263, Phe264, Met280, Gly281, Ser282, Val283, Ala286 and Phe292.
Experimental Results
Table 1. Comparison of glass transition temperatures for β -CD/H2O binary system
Tg (K)
Water content (% w/w) 0 3.0 5.0 10.0 Molecular dynamics 334.25 325.12 317.32 305.41 Theor (G−T) 323.52 314.14 308.54 294.73 Theor (Fox) 323.15 309.89 301.73 283.07
Tiwari M, Lee J K. Molecular modeling studies of L-arabinitol 4-dehydrogenase of Hypocrea jecorina: its binding interactions with substrate and cofactor[J]. Journal of Molecular Graphics and Modelling, 2010, 28(8): 707-713.
A
B
C
D
Conclusion
DS与MS
1、是一门新型研究手段 2、佐证实验的结果
3、能从分子水平上直观的解释实验结果
4、能预测实验的结果
5、能使文章水平锦上添花
所有原子运动都遵循经典牛顿力学方程
Molecular Dynamics
分子动力学的认识
从微观结构出发解释实验现象
分子动力学的作用 分子动力学的应用领域
从微观结构出发预测新型材料
Molecular Dynamics
分子动力学的认识 分子动力学的作用 分子动力学的应用领域
DS 操作界面
Molecular Docking
分子对接就是两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配而相互识别的 过程，它是把配体分子放在受体活性位点的位置，然后按照几何互补、能量互 补和化学环境互补的原则来实时评价配体与受体相互作用的优良，并找到两个 分子之间最佳的结合模式。
锁钥模型
诱导契合模型
PPO-Apigenin
Xiong Z, Liu W, Zhou L, et al. Mushroom (Agaricus bisporus) polyphenoloxidase inhibited by apigenin: Multi-spectroscopic analyses and computational docking simulation[J]. Food chemistry, 2016, 203: 430-439.
刚性对接 刚性对接：配体受体均为刚性
半柔性对接
柔性对接 柔性对接：配体受体均为柔性
Molecular Docking
CDOCKER是基于CHARMm力场的精准的分子对接技术（半柔性对接） 准备受体，定义 活性位点 高温动力学产生 小分子构象集
平移配体中心产生构象 集，是否低于能量阀值 模拟退火，优化结合构象 计算相互作用能 打分，结果分析
Experimental Program
Discover Module + Free Volume Theory
Glass Transition Ttemperature Radial distribution function & Diffusion coefficient Fractional free volume
Instruction：Materials Studio
1.Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在 PC上的
模拟软件。
2.多种先进算法的综合应用使MS成为一个强大的模拟工具。无论构型优化、 性质预测和X射线衍射分析，还是复杂的动力学模拟和量子力学计算。 3.模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等 材料和化学研究领域的主要课题。 4. 计算模块（如 Discover，Amorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP 等）运行
于服务器端，支持的系统包括Windows2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。
MS 操作界面
Molecular Dynamics
分子动力学的认识 分子动力学的作用 分子动力学的应用领域
Molecular Dynamics (MD) 一套结合物理，数学和化学的分子模拟方法。
Zhou G, Zhao T, Wan J, et al. Predict the glass transition temperature and plasticization of βcyclodextrin/water binary system by molecular dynamics simulation[J]. Carbohydrate research, 2015, 401: 89-95.
Experimental Program
Figure 1.
Simulated amorphous cells of β -cyclodextrin containing (a) 0% (b) 3% (c) 5% and (d) 10% w/w water; water molecules are shown in red, and β -cyclodextrin molecules are shown in green
2.以生物大分子（蛋白、核酸、多糖）和有机小分子为研究对象， 应用学科涵盖生命科学、药物化学等领域。
3.功能：分子对接、药效团、片段设计、QSAR、ADMET、虚拟
组合库、分子动力学、同源建模、蛋白对接、蛋白设计等。
4.算法：LigandFit、CDOCKER、HypoGen、HipHop、Ligandscout、 LUDI、Breed、MODELER、ZDOCK、CHRMm等。 5.支持Windows和Linux系统。
Forcite Module
Atom, Volumes and Suarfce Module
径向分布函数：共混体系中组分分子链之间的C-C原子对的径向分布函数能够表征 共混体系的相容性，径向分布函数越大，相容性越好。 自由体积：聚合物体积由高分子占有体积与未被高分子占有的以“空穴”形式存在 的自由体积所组成。自由体积提供了必要的活动空间和分子扩散的空间。
物理、化学、生物、材料等
分子动力学原理
初始位置 和速度
力场
势能函数
求导
牛顿运动 方程
求解
第二次位 置和速度
N
运动轨迹
统计力学
热力学性质 和宏观量
分子动力学步骤
获取单体结构 构建聚合物
搭Байду номын сангаас模型
退火 动力学平衡 动力学模拟 结果分析
使结构更趋于合理
1、使结构更趋于合理 2、消除控温方式的影响
Background
Zhou D, Li L, Wu Y, et al. Salicylic acid inhibits enzymatic browning of fresh-cut Chinese chestnut (Castanea mollissima) by competitively inhibiting polyphenol oxidase[J]. Food chemistry, 2015, 171: 19-25.