蛋白质间分子动力学模拟及数据分析PPT课件

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经典分子动力学方法详解课件

互作用，还与在相邻单元内的镜像原子有作用。
第19页，共39页。
基本单元大小的选择
• 基本单元的大小必须大于2Rcut（Rcut是相互作用势的截断距离）或Rcut<1/2 基本单元的大小。这保证了任
何原子只与原子的一个镜像有相互作用，不与自己的镜像作用。这个条件称为“minimum image criterion” • 在我们所研究的体系内的任何结构特性的特征尺寸或任何重要的效应的特征长度必须小于基本单元的大小。 • 为了检验不同基本单元大小是否会引入“人为效应”，必须用不同的基本单元尺寸做计算，若结果能收敛，则尺寸选择是合适的。
MD方法的发展史
• MD方法是20世纪50年代后期由B.J Alder和T.E. Wainwright创造发展的。他们在1957年利用MD方法，发现了早在1939年根据统计力学预言的“刚性球组成的集合系统会发生由其液相到结晶相的相转变”。
• 20世纪70年代，产生了刚性体系的动力学方法被应用于水和氮等分子性溶液体系的处理，取得了成功。 1972年，A.W. Less和S.F. Edwards等人发展了该方法，并扩展到了存在速度梯度(即处于非平衡状态) 的系统。
建立完全弹性碰撞方程，借以求解出原子、分子的运动
规律。这种处理可以在液晶的模拟中使用。 • 质点力学模型是将原子、分子作为质点处理，粒子间
的相互作用力采用坐标的连续函数。这种力学体系的应用对象非常多，可以用于处理陶瓷、金属、半导体等无
机化合物材料以及有机高分子、生物大分子等几乎所有
的材料。
第14页，共39页。
• 为了减小“尺寸效应”而又不至于使计算工作量过大，对
于平衡态MD模拟采用 “周期性边界条件”。
第16页，共39页。

蛋白质分子动力学模拟

蛋白质分子动力学模拟蛋白质分子动力学模拟是一种重要的计算方法，用于研究蛋白质的结构和功能。

通过模拟蛋白质分子在水溶液中的运动，可以揭示其内部的动态过程，从而深入了解蛋白质的功能机制。

蛋白质是生物体内最为重要的分子之一，它们在细胞内扮演着各种各样的角色。

蛋白质的结构决定了它的功能，而蛋白质的结构又是由其氨基酸序列决定的。

然而，仅通过实验手段很难获得蛋白质的全面结构信息，特别是在溶液中的动态结构。

因此，需要借助计算方法来模拟和研究蛋白质的动态行为。

蛋白质分子动力学模拟基于牛顿力学原理和统计力学原理，通过数值计算模拟蛋白质分子的运动轨迹。

模拟过程中，蛋白质分子被看作是由一系列质点组成的系统，每个质点代表一个氨基酸残基或其他重要的结构单元。

通过计算每个质点所受到的力和力矩，可以得到蛋白质分子的运动轨迹。

蛋白质分子动力学模拟的基本步骤包括：选择合适的蛋白质结构作为起始点；确定模拟系统的边界和环境条件；定义蛋白质分子的力场参数和模拟时间步长；利用数值计算方法求解质点的运动方程，并更新系统的状态；通过分析模拟结果，研究蛋白质的结构和功能。

蛋白质分子动力学模拟可以研究蛋白质的多种动态过程，如蛋白质的折叠和解折叠过程、蛋白质的构象变化、蛋白质与其他分子之间的相互作用等。

通过模拟蛋白质的动态行为，可以预测蛋白质的结构和功能，探索蛋白质的折叠机制，设计新的药物靶点，并解释蛋白质的生物学功能。

蛋白质分子动力学模拟已经在许多领域取得了重要的科学研究成果。

在药物设计领域，通过模拟蛋白质和药物分子的相互作用，可以设计出具有高效率和选择性的药物。

在生物技术领域，通过模拟蛋白质的折叠过程，可以设计出具有特定功能的蛋白质。

在材料科学领域，通过模拟蛋白质的自组装过程，可以设计出具有特殊性能的材料。

然而，蛋白质分子动力学模拟也面临着一些挑战。

由于蛋白质分子的复杂性，模拟系统的规模非常庞大，计算资源和时间需求较高。

此外，模拟结果的准确性也受到力场参数的选择和模拟条件的影响。

计算机模拟实验中的分子动力学模拟和数据分析方法

计算机模拟实验中的分子动力学模拟和数据分析方法随着计算机技术的不断发展，分子动力学模拟和数据分析方法在科学研究中扮演着越来越重要的角色。

本文将探讨计算机模拟实验中的分子动力学模拟和相关的数据分析方法。

一、分子动力学模拟是什么？分子动力学模拟是通过计算机模拟来研究分子体系的运动和相互作用的方法。

它基于牛顿第二定律和分子间相互作用力的描述，利用数值算法模拟分子的运动。

通过构建分子体系的几何结构、确定分子间相互作用势函数和初始动力学状态，可以模拟出分子在一定时间尺度上的运动轨迹及其相应的物理化学性质。

二、分子动力学模拟的应用1. 物理化学领域分子动力学模拟在物理化学领域的应用非常广泛。

它可以用于研究固体和液体物质的结构和性质，如晶体的热膨胀性质、液体的黏度和扩散系数等。

此外，分子动力学模拟还可以探究分子反应过程、分子动力学平衡和非平衡态等现象。

2. 生命科学领域生命科学研究中的许多问题也可以通过分子动力学模拟来解决。

例如，分子动力学模拟可以用于研究蛋白质的结构、折叠过程及其与配体的结合等。

这对于药物研发和生物医学领域具有重要的指导意义。

三、分子动力学模拟的数据分析方法1. 动力学性质的计算与分析分子动力学模拟得到的轨迹数据可以用于计算和分析一系列动力学性质。

例如，平均速度、温度、压力等可以通过对粒子运动数据的统计平均得到。

此外，还可以分析粒子的轨迹、能量、力和势能等信息。

2. 结构性质的计算与分析分子动力学模拟可以提供关于分子体系结构的详细信息。

通过计算和分析分子之间的键长、键角、二面角等几何参数，可以得到分子的几何结构和拓扑性质。

此外，还可以通过对分子的散射数据进行分析来获得更多结构信息。

3. 动力学过程的可视化与分析分子动力学模拟得到的数据可以通过可视化方法进行直观展示。

例如，可以使用三维动画来展示分子的运动轨迹，以便更好地观察分子的动力学过程。

此外，还可以通过分子动力学模拟数据的时间序列分析方法，对动力学过程进行统计和研究。

分子动力学模拟入门ppt课件

0.5 μm
Fig. 2. The effect of converging geometry obtained by MD simulation
of one million particles in the microscale.
34
Dzwinel, W., Alda, W., Pogoda, M., and Yuen, D.A., 2000, Turbulent mixing in the microscale: a 2D molecular dynamics
r r
V (r)
4
r
1
/
12
r
1
/
6
记 V / V；r / r
9
分子间势能及相互作用
▪ 一些气体的参数
Neon (nm) 0.275 /kB(K) 36
Argon Krypon Xenon Nitrogen
0.3405 0.360 0.410 0.370
119.8 171 221
i
m vi2
22
i
宏观性质的统计
▪ 系统的势能
Ep
V (rij )
1i j N
▪ 系统的内能
Ek
i
p2 2mi
▪ 系统的总能 E = Ep+Ek
▪ 系统的温度
1
T dNkB
i
mivi2
23
模拟
• 热容定义热容
E：系统总能
Cv
E T
V
计算系统在温度T和T+T时的总能ET、ET +T，
26
模拟
模拟
▪ 气、液状态方程
维里定理(Virial Theorem)

蛋白质分子动力学模拟技术研究

蛋白质分子动力学模拟技术研究近年来，生物医学领域的发展日新月异，科学家们对人体构成及其机制的研究也越来越深入。

其中，蛋白质作为人体重要的构成要素，对于人体的生理功能起着重要的作用。

因此，对于蛋白质的研究与探究也成为了当前生物医学研究的热点之一。

而蛋白质分子动力学模拟技术能够以原子精度模拟生物分子的动态过程，为蛋白质研究提供了新的方法和手段，受到广泛的关注和重视。

蛋白质分子动力学模拟的基本原理蛋白质分子动力学模拟技术是指以分子动力学模拟算法为基础，模拟生物分子在温度、压力、溶液中的动态行为。

具体来说，该技术是基于牛顿运动定律，以分子为粒子，模拟分子之间的相互作用力对分子的形态和动态过程进行模拟。

在模拟过程中，需要将物理量（如能量、坐标、速度等）数值化，然后通过算法推导出不同时间下各自的数值，并进行计算和分析，从而得出所需的结果。

在动力学模拟中，目前常用的算法是经典分子动力学方法，它采用经典力场作为系统中所有原子之间相互作用的描述式。

力场包括键角、键长和相互作用能，代表了原子之间的相互作用。

通过计算力场，可以求出分子的势能，然后再根据能量计算得出分子的力学行为。

蛋白质分子动力学模拟技术的应用蛋白质分子动力学模拟技术的应用非常广泛，包括但不限于以下方面：1.药物研发方面：通过与多种不同的分子靶点进行分子动力学模拟，可以为药物研发提供有价值的信息，包括预测药物-靶点复合物的结构、评估其稳定性和动力学性能、以及预测药物作用机制等。

2.生物物理学方面：蛋白质是生物大分子的基本成分之一，因此研究蛋白质的结构和功能对于深入了解生命机制和生物过程至关重要。

分子动力学模拟可以在原子尺度上模拟蛋白质的动态变化，同时可以预测其结构和功能，为生物物理学研究提供有力支持。

3.材料科学方面：蛋白质是一种生物高分子，具有较好的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛应用于医学、食品、化妆品等领域。

蛋白质分子动力学模拟技术能够帮助人们更好地理解蛋白质分子之间的相互作用及其所具有的材料特性，进而优化其功能和性能，为材料创新提供有力技术支持。

蛋白质分子的结构解析PPT课件

详细描述
蛋白质的四级结构涉及亚基的组成、形状、大小以及亚基之间的相互关系。四级结构的变化会影响蛋白质的整体功能。
结构域
总结词
蛋白质的结构域是指在较大的蛋白质分子中，可以独立折叠为较为稳定的三级结构的区域。
详细描述
结构域通常由200-400个氨基酸残基组成，具有特定的空间构象和功能。不同的结构域可以组成不同的蛋白质，也可以存在于同一蛋白质的不同部位。
疾病诊断与治疗
疾病标志物发现
通过蛋白质结构解析，可以发现与疾病相关的标志物，用于疾病
的早期诊断。
个性化治疗
基于蛋白质结构的差异，可以为患者提供更加个性化的治疗方案，提高治疗效果。
药物疗效评估
通过比较治疗前后蛋白质结构的变化，可以评估药物治疗的效果。
生物工程与农业应用
酶工程
蛋白质结构解析有助于设计和优化酶的活性位点，提高酶的催化
核磁共振技术
总结词
核磁共振技术是一种利用核自旋磁矩进行研究的方法，可以对蛋白质的溶液构象进行解析。
详细描述
核磁共振技术利用核自旋磁矩的相互作用，通过外部磁场对核自旋进行操控，检测其共振信号。对于蛋白质分子，可以利用该技术检测其氢原子、碳原子等核自旋的共振信号，从而推断出蛋白质在溶液中的构象和动态行为。该方法具有高分辨率和高灵敏度，能够
05 蛋白质的结构解析方法
X射线晶体学
总结词
X射线晶体学是一种通过X射线分析晶体结构的方法，广泛应用于蛋白质结构解析。
VS
详细描述
X射线晶体学利用X射线在晶体中的衍射效应，通过分析衍射图像，可以确定晶体的原子排列和分子结构。对于蛋白质分子，可以通过结晶将其固定成晶体，然后利用X射线分析其结构。该方法能够提供高分辨率的结构信息，是解析大型蛋白质结构和复杂蛋白质复合物结构的主要手段之一。

《分子模拟教程》课件

人工智能与机器学习应用
人工智能和机器学习技术将在分子模拟中发挥越来越重要的作用，例如用于优化模拟参数、预测性质等。
多尺度模拟
目前分子模拟主要集中在原子或分子级别，未来将进一步发展多尺度模拟方法，将微观尺度和宏观尺度相结合，以更全面地理解物质性质和行为。
跨学科融合
分子模拟将与生物学、医学、材料科学等更多学科领域进行交叉融合，为解决实际问题提供更多可能性。
环境科学
在环境科学领域，分子模拟可用于研究污染物在环境中的迁移转化机制，为环境保护提供理论依据。
THANKS.
分子动力学模拟的常见算法
Verlet算法
一种基于离散时间步长的算法，用于计算分子位置和速度。
leapfrog算法
一种常用的分子动力学模拟算法，具有数值稳定性和计算效率高的特点。
Parrinello-Rahman算法
一种基于分子力场的算法，可以用于模拟大尺度分子体系的运动。
Langevin动力学算法
材料科学
通过模拟材料中分子的运动和相互作用，可以研究材料的力学、热学和电学等性质，为材料设计和优化提供依据。
03
Monte Carlo模拟
Monte Carlo模拟的基本概念
随机抽样
Monte Carlo模拟基于随机抽样的方法，通过大量随机样本的统计结果来逼近真实结果。
概率模型
Monte Carlo模拟建立概率模型，模拟系统的状态变化和行为。
通过模拟药物分子与靶点分子的相互作用，预测药物活性并优化药物设计。
材料科学
研究材料中分子的结构和性质，预测材料的物理和化学性质。
生物大分子模拟
模拟生物大分子的结构和动力学行为，如蛋白质、核酸等，有助于理解其功能和性质。

蛋白质相互作用的分子动力学模拟方法论

蛋白质相互作用的分子动力学模拟方法论1. 引言蛋白质是细胞中最重要的生物大分子之一，它们通过与其他蛋白质或小分子相互作用来发挥其生物功能。

研究蛋白质相互作用的分子动力学模拟方法为我们揭示蛋白质结构、功能和动力学行为提供了有力工具。

2. 分子动力学模拟基础知识分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律的计算方法，通过模拟分子的运动轨迹来研究其性质和行为。

模拟过程中，分子的运动由势能函数和力场参数决定，模拟算法采用蒙特卡洛或分子动力学方法进行计算。

3. 蛋白质力场参数的选择在分子动力学模拟中，力场参数的选择对模拟结果的准确性至关重要。

蛋白质力场参数包括原子间相互作用力常数、键角、二面角参数等，这些参数的选择基于实验数据和理论计算。

4. 模拟系统的构建在进行蛋白质相互作用的分子动力学模拟前，首先需要构建模拟系统。

这包括确定蛋白质分子的初始结构，添加溶剂分子和离子以维持系统的电中性，以及确定模拟系统的边界条件。

5. 模拟过程的参数设定分子动力学模拟中，需要设定一些参数以控制模拟的时间尺度和精度。

这包括模拟时间步长、温度和压力控制等参数，通过调节这些参数可以获得所需的模拟结果。

6. 相互作用力计算方法蛋白质相互作用力是模拟中的一个重要考虑因素，常用的相互作用力计算方法包括库伦相互作用、范德华吸引力和静电偶极相互作用等。

这些相互作用力的计算可以通过经典力场和量子力学方法来实现。

7. 数据分析和结果解释在完成蛋白质相互作用的分子动力学模拟后，需要对模拟结果进行数据分析和结果解释。

常用的方法包括对模拟轨迹进行结构聚类和动力学分析，并与实验数据进行比较来验证模拟结果的准确性。

8. 应用与发展蛋白质相互作用的分子动力学模拟方法在许多领域具有广泛应用，例如药物研发、酶机理研究和蛋白质折叠动力学等。

随着计算能力的提升和模拟方法的改进，这一领域仍将持续发展。

结论蛋白质相互作用的分子动力学模拟方法是研究蛋白质结构、功能和动力学行为的重要工具。

蛋白结合小分子动力学模拟

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以下是根据标题“蛋白结合小分子动力学模拟”制作的简单Word文档格式内容示例：（一）研究背景1. 蛋白与小分子相互作用的重要性在生物体内，蛋白与小分子（如药物分子、代谢物等）的结合在许多生理过程中起着关键作用。

例如，药物分子与靶蛋白的结合可以调节蛋白的功能，从而达到治疗疾病的目的。

2. 动力学模拟在研究中的意义传统的实验方法虽然能够提供一些关于蛋白 - 小分子相互作用的信息，但在原子水平上解析结合过程的细节存在一定局限性。

动力学模拟可以在计算机上模拟蛋白和小分子在不同环境下的运动轨迹，从而深入理解它们的结合机制，包括结合的亲和力、结合的位点以及结合过程中的构象变化等。

（二）动力学模拟方法1. 分子力学与分子动力学分子力学（MM）基于经典力学原理，通过计算分子内和分子间的力来确定分子的结构和能量。

分子动力学（MD）则是在分子力学的基础上，考虑原子的运动，通过求解牛顿运动方程来模拟分子随时间的演化。

在蛋白结合小分子的动力学模拟中，首先需要构建蛋白和小分子的初始结构，可以从蛋白质数据库（PDB）获取，也可以通过同源建模等方法构建。

然后确定合适的力场，如AMBER、CHARMM等力场，来描述原子间的相互作用。

2. 模拟步骤体系构建：将蛋白和小分子置于一个模拟盒子中，添加溶剂（通常为水）和离子，以模拟生理环境。

能量最小化：对构建的体系进行能量最小化，以消除不合理的原子间距离和构象。

平衡模拟：在一定的温度和压力下进行平衡模拟，使体系达到稳定状态。

生产模拟：在平衡后的体系上进行较长时间的生产模拟，以获取足够的数据用于分析。

（三）数据分析与结果呈现1. 结合自由能计算结合自由能是衡量蛋白与小分子结合强度的重要指标。

可以通过自由能微扰（FEP）、分子力学 - 泊松 - 玻尔兹曼表面积（MM - PBSA）等方法计算结合自由能。

《分子动力学》课件

感谢观看
它基于经典力学原理，采用数值方法求解分子体系的运动方程，模拟分子的运动轨迹和相互作用，从而得到体系的宏观性质和微观结构信息。
分子动力学的发展历程
分子动力学的起源可以追溯到20世纪50年代，当时科学家开始尝试使用计算机模拟分子体系的运动行为。
随着计算机技术和算法的发展，分子动力学模拟的精度和规模不断得到提高，应用领域也日益广泛。
详细描述
水分子动力学模拟可以揭示水分子在不同环境下的动态行为，例如在生物膜、催化剂表面或纳米孔中的水分子行为。通过模拟，可以深入了解水分子与周围物质的相互作用，从而为理解生命过程、药物设计和纳米技术提供重要依据。
蛋白质折叠模拟
总结词
预测蛋白质的三维结构
详细描述
蛋白质折叠模拟是利用分子动力学模拟预测蛋白质的三维结构的过程。通过模拟蛋白质在溶液中的动态行为，可以预测其可能的折叠方式，从而为理解蛋白质的功能和设计新药物提供帮助。
目前，分子动力学已经成为材料科学、化学、生物学、药物设计等领域的重要研究工具。
分子动力学模拟的应用领域
01
02
03
04
材料科学
研究材料的力学、热学、电学等性质，以及材料的微观结构
和性能之间的关系。
化学
研究化学反应的机理和过程，以及化学键的性质和变化规律
。
生物学
研究生物大分子的结构和功能，以及蛋白质、核酸等生物大
高分子材料模拟
总结词
优化高分子材料的性能和设计
VS
详细描述
高分子材料模拟利用分子动力学模拟来研究高分子材料的结构和动态行为。通过模拟，可以深入了解高分子材料的性能和行为，从而优化其性能、提高稳定性或开发新型高分子材料。这对于材料科学、化学工程和聚合物科学等领域具有重要意义。

【精编】分子动力学模拟.PPT课件

rij f ij
2 K 3 Nk b T
PV 2 K 1 33
rij
f ij
2 3
K
2 3
P 2 [K ] 3V
1 2
rij fij
x new υ x old
V new υ 3V old
P 1 V 1 [υ 3 1 ]
TV
T
t P τ [ P0 P ]
P
υ {1
广义朗之万方程
miv•i(t)Fi(t)Ri(t)mi 0ti(tt')vi(t)d't
Ri(0)Rj(t) mik0 T ijij(t)
16、第六章、带传动(带传动的张紧、使用和维护)资
料
复习旧课
1、带传动的失效形式和设计准则是什么？失效形式是：1）打滑；2）带的疲劳破坏。设计准则是保证带在不打滑的前提下，具有足
Verlet 算法
r n 1 r n v n t 1 2 (m fn) t2 3 1 !d d 3 r 3 n tO ( t4 )
+ r n 1 r n v n t 1 2 (m fn ) t2 3 1 !d d 3 r 3 n tO ( t4 )
r n 1 2 r n r n 1 (m fn) t2 O ( t4)
d d i(t)v tfm i(it) k c b τ v dTT f0 T (T t)(t)v i(t)fm i(it) 1 2 T 0 T (T t)(t)v i(t)
c
df v
不能精确知道,假设
c
df v
= 1/2kb
压强
维里：作用在第 i个粒子上的力 Fi与坐标 ri乘积加和的期望值维里定理：
n=0 中心盒

分子动力学模拟实验中的数据分析方法

分子动力学模拟实验中的数据分析方法在分子动力学模拟实验中，数据分析方法是非常关键的一步。

通过分析模拟结果的数据，我们可以深入了解系统的结构、动力学行为以及相互作用机制。

针对不同的数据类型，有一些常用的分析方法可以应用于分子动力学模拟实验的数据处理和解释。

第一部分：结构分析方法在分子动力学模拟中，我们常常关心系统的结构以及其中的有序程度。

分子对均方根偏移（Root Mean Square Deviation，RMSD）是一种常用的方法，用于评估模拟体系结构的变动情况。

通过计算模拟构型与参考构型之间原子位置的差异，可以得到体系在模拟过程中的结构变化情况。

此外，对于大分子系统，我们常常使用半径分布函数（Radial Distribution Function, RDF）来分析体系的有序程度。

RDF是描述原子或分子间距离概率分布的函数，在计算模拟结果中，可以通过计算原子或分子的相对距离来得到。

第二部分：动力学分析方法除了结构的分析外，动力学行为也是分子动力学模拟的重要方面之一。

一种常见的方法是计算平均方位角自相关函数（Autocorrelation Function, ACF），通过计算性质的时间相关性来获得系统的动力学信息。

这可以帮助我们研究体系的弛豫时间以及不同尺度上的动力学过程。

此外，对于溶液系统，我们还可以计算自由能差异（Free Energy Difference）来分析溶解过程。

自由能差异能够帮助我们研究溶解过程的能量变化以及溶质与溶剂分子之间的相互作用。

第三部分：相互作用分析方法分子动力学模拟实验中的相互作用分析是研究系统内部和外部相互作用机制的关键环节。

通过计算相互作用能以及能量分布，我们可以了解分子之间的相互作用力强度以及作用范围。

在相互作用分析中，非共价相互作用的能量分解成键能、静电相互作用能、范德华力等不同部分。

通过分析这些相互作用能的变化，可以很好地了解体系内各个相互作用力的贡献。

分子力学简介课件PPT

（force field method），是基于经典力学方程的计算分子的平衡结构和能量的方法。
基本假设：
Born-Oppenheimer近似下对势能面的经验性拟合。
量子力学中的薛定谔方程（非相对论和无时间依赖的情况下）：
2021/3/10
(R,r) E(R,r)
体系的哈密顿算符e(r与; R原)子核（ER）(和r电; R子)（r）位置相关的波函数 n(R) E(R)
2021/3/10
莫斯函数（Morse Function）
E s D e[e x p ( A (l l0)) 1 ]2
•TRIPOS, Cherm-X, CHARMM和AMBER采用谐振子函数形式
•CVFF, DRIEDING和UFF既支持莫斯函数也支持谐振子模型
•MM2和MMX用二阶泰勒展开的莫斯函数
核运动方程： (Tˆ Eel ) N (R) E N (R)
②
核运动的波函数
13
ke 0
ke 0
电子运动方程： (Hˆ el VNN )e (R, r) Eele (R, r) ①
核运动方程： (Tˆ Eel ) N (R) E N (R)
②
方程①中的能量Eel(势能面)仅仅是原子核坐标有关。相应的，方程 ②所表示的为在核势能面E(R)上的核运动方程。
2021/3/10
24
二面角扭转能 Torsion Rotation
ET
N Vn[1cos(n)]
n0 2
• V n 为势垒高度（barrier height），定量描述了二面角旋转的难易程度；
• N 为多重度（multiplicity），指键从0°到360°旋转过程中能量极小点的个数；

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模拟软件及文件
1、模拟所需要的软件 NAMD，Ambertools，VMD。 NAMD为执行模拟的软件； Ambertools提供所需力场和进行结合能等的计算； VMD为成像和分析软件，将模拟轨迹进行图像呈现
2、模拟所需要文件对接的复合物结果（pbd格式）
准备工作
一、特殊氨基酸处理原理:
半胱氨酸(Cys)有两种存在形态,有的是两个半胱氨酸通过二硫键相连,有的则是自由的,两种半胱氨酸在力场文件中是用不同的 unit 来表示的,这相当于是两个完全不同的氨
基酸,需要手动更改蛋白质文件中半胱氨酸的名字。组氨酸(His)有若干种质子态,和半胱氨酸一样,也需要查阅文献确定它的质子态,并更改残基名称步骤：（1）对于Cys,通过查阅文献确定其形态,桥连的要用 CYX,自由的用 CYS （2）对于His,把原始pdb文件或做了相关突变的准原始pdb文件提交到PDB2PQR web server, 在生成的文件里查找各个HIS的pKa值,根据pKa值与pH的大小关系决定质子化状态。即,pH>pKa, 去质子化,改为HID或HIE;pH&l拟
一、确定水盒子坐标打开vmd,载入final.pdb文件,在Extensions 里的Tk/Tcl中依次输入: set everyone [atomselect top all] measure minmax $everyone #修改NAMD配置文件中的cellBasisVector measure center $everyone #修改NAMD配置文件中的cellOrigin
蛋白质间分子动力学模拟及数据分析
蛋白质的结构和对接
在进行模拟之前，我们首先要获得的是蛋白的结合配体后的复合物结构，蛋白和配体复合物如果已经被测出来那是最好不过的了，但是如果没有，就需要我们用软件将蛋白质与其配体进行对接。蛋白质间的对接常用的软件有Zdock，GRAMM，Hex 等，以上的三种软件都有本地版和在线版，简单的直接用在线版，提交两个蛋白的结构之后，网站进行计算后将结果发给我们。还有一种极端情况是我们所研究的蛋白质的结构没有被测出来，只有该蛋白的氨基酸序列。在这种情况下，在对接前我们可以将该蛋白的氨基酸序列提交给I-TASSER onlie（也分为本地版和在线版）来预测出该蛋白的结构。
二、确定所需文件是否完全所需文件包括：complex_water.prmtop,complex_water.inpcrd,run.conf #run.conf为NAMD的配置文件，本次模拟设置的参数全部在里面。
三、运行NAMD 在终端下输入：
charmrun namd2 +p 12 complex.conf > run.log &
#12为运行的进程数 tail run.log
数据分析
前面的所有工作只是开始，最重要的是数据的分析处理重要的方法后面会给出用到这种方法的参考论文
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/24
RMSD
RMSD可以用于确定复合物在模拟过程中的稳定性。分子动力学模拟过程中，各个分子都处于动态的运动过程，因此整个系统处于不停的变化当中。模拟过程的初始阶段，各个原子之间的距离还没有找到一个平衡点，因此整个系统将处于运动比较剧烈的的状态。然后随着模拟的进行，原子间的相互作用将达到平衡状态。因此RMSD将趋近于平缓。如图，每条曲线都代表一种蛋白或一种蛋白复合物的RMSD变化。此外，如果一个蛋白在结合配体过程中会发生剧烈的结构变化，其RMSD也会有所体现。VMD有计算RMSD的工具
二、去除蛋白质中的H和其他杂成分原理:
Ambertools 自带的 leap 程序是处理蛋白质文件的,他可以读入PDB格式的蛋白质文件 ,根据已有的力场模板为蛋白质赋予键参数和静电参数。PDB 格式的文件有时会带有氢原子和孤对电子的信息,但是在这种格式下氢原子和孤对电子的命名不是标准命名,力场模板无法识别这种不标准的命名,因此需要将两者的信息删除。除了删除氢和孤对电子,还应该把文件中的结晶水、乙酸等分子删除,这些分子的信息常常集中在文件的尾部,可以直接删除。处理过之后的蛋白质文件,只包括各氨基酸残基和小分子配体的重原子信息,模拟需要的氢原子和水分子将在 leap中添加。步骤: 输入如下命令: grep -v '^.............H' complex.pdb > complex_NoH.pdb #删除H
三、生成模拟需要的拓扑文件和坐标文件原理:
用 NAMD进行分子动力学模拟需要坐标和拓扑文件,坐标文件记录了各个质点所座落的坐标,拓扑文件记录了整个体系各质点之间的链接状况、力参数电荷等信息。这两个文件是由Ambertools中的leap 程序生成的。步骤：按以下过程在终端中输入: tleap >source leaprc.ff12SB #amber力场的所有氨基酸参数都存储在库文件里,所以打开 leap 第一件事便是调入库文件. >loadAmberparams frcmod.ionsjc_tip3p #载入tip3p水模型中的力场 >list #可以用 list 命令看看库里都有什么,罗列的就是库里面的 unit,包括 20 种氨基酸、糖以及核酸还有一些常见离子的参数 >comp=loadpdb complex_NoH.pdb #载入复合物pdb文件 >solvatebox comp TIP3PBOX 10.0 #加入waterbox,TIP3PBOX 是选择的水模板名称,10.0 是水箱子的半径 >addions comp Na+ 0 (或是Cl-)#平衡电荷 >saveamberparm comp complex_water.prmtop complex_water.inpcrd #生成最终的拓扑文件和坐标文件 > quit ambpdb -p complex_water.prmtop < complex_water.inpcrd > final.pdb #final为自己命名,将拓扑文件和坐标文件联合生成一个pdb文件,可以用看图软件打开确定水盒子的坐标