分子模拟实验实验报告生物大分子

分子模拟实验作业——生物大分子

一、实验部分

12-3-1获得PDB 号为“1HCK”的蛋白（human -cyclin -dependent kinase 2,i,e.,CKD2和ATP 的结合晶体结构），并采用不同的模型观察其特点

①分别用卡通模型和丝带模型显示生物大分子结构，并用球棍模型、棒状模型显示其中小分子、金属离子等。

丝带模型&球棍模型

卡通模型&棒状模型

参考文献： Analysis of CDK2 Active-Site

Hydration: A Method to Design

New Inhibitors Zdeneˇk Krˇı´z

PROTEINS: Structure, Function,

and Bioinformatics 55:258–274

(2004)

12.2 分子对接

①聚合物对接前效果图

GLU81 1.9Å

ASP86 2.1Å

LYS 33 1.9Å

②聚合物对接后效果图

对接后实际距离和设置的最优值

12-3-2在样本文件中，创建冰的晶体结构，分别做温度为260K，273K，298K，373K下的分子动力学模拟（10 ps），观察晶体机构的变化情况，并做定性解释。

①不同温度下冰晶体结构图：

原始冰晶体结构图

由冰晶体在不同温度下的结构可见，随温度升高，冰晶体的各个水分子之间的距离不断增加，晶体结构趋向于分散无序状。

②不同温度下，冰晶体分子动力学模拟图

③不同温度下体系的总能量与势能

由曲线形状可见，经过分子动力学模拟之后，体系的能量降低，变得更加稳定。

由计算结果可见，体系的总能量和势能随温度的升高而增大。因为当温度升高时，分子的热运动加剧，使分子的伸缩、转动、振动势能增加从而使分子总能量增加，而体系的是能增加是因为非键相互作用尤其是分子间氢键相互作用减弱。

二、实验心得与体会

本次实验主要进行了生物大分子的模拟。生物大分子一般包含上千个原子，目前还不能应用量子化学从头计算方法模拟，常用的方法有QM/MM方法，和纯粹的分子动力学模型。

1.关于分子力学要求掌握四点内容：（1）分子力学中，离子间的相互作用势能函数是什么？（2）势函数中存在特定的参数，怎么给参数赋初值？（3）原子类型怎样确定？（4）力场有哪些？各自的适用范围是什么？下面详细解释：（1）V（r）有四项，前三项对应于键伸缩势能、弯曲势能和扭转势能。其中，键伸缩势能主要受键长影响，形式类似胡克定律；弯曲势能也类似胡克定律，但是描述的是键角的变化；扭转势能描述的是二面角扭转，形式同样类似胡克定律。（2）力参数：k stretch、k bend、k torsion。要进行参数化要有大量的热力学光谱学数据和高级量子化学计算结果。（3）系统可以自己指认原子类型，但是要通过查找原文献中对原子类型的描述自我核对，看与系统指认的是否符合。若有很多原子，则对于关键部位必须核对，含硫的也要核对。一般而言系统对含硫的很容易指认错误。（4）一般有以下六种力场：①MM2，MM3，MM4用于碳氢化合物及有绩效分子的构象分析。②CFF，适用于一般性分子及分子晶体能量结构振动分析。③ECEPP，蛋白质及多肽的分析。④Amber，Charmm，Gromass，Gromos，广泛应用于蛋白质及DNA研究，也是四种计算生命科学的商业化软件。（6）水模型，TIP3P,TIP4P,SPC,STZ等。

2.关于分子动力学：分子动力学的目的是要知道每一个时刻该体系的状态，即知道任一时刻下每一个原子的坐标和速度，以及体系的能量，从而做成MD 轨线/迹。计算能量时用MM,QM, QMMD,MMMD。赋值求解微分方程时坐标要利用数据库和优化的坐标，速度要计算指定温度（因为微观上的速度宏观上表现为温度）。积分求解时利用Verlet算法，式中Δt为积分步长，太长会漏掉许多分子内部运动，太小会使计算时间太长，一般QMMD要设置为0.2-0.4fs，MMMD 为1fs。有关统计习总，结果分析和周期性边界条件在此处不做详细介绍，可见课本P26。