GROMACS分子动力学模拟、药物开发溶剂筛选技术与应用

GROMACS分子动力学模拟、药物开发溶剂筛选技术与应用

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/y2715163545/article/details/143770020

分子动力学模拟是分子模拟中最接近实验条件的模拟方法，能够从原子层面给出体系的微观演变过程，直观的展示实验现象发生的机理与规律，促使我们的研究向着更高效、更经济、更有预见性的方向发展。分子动力学可以解决和研究DNA的折叠和性质、蛋白与配体的识别机制、跨膜蛋白的工作机理、蛋白酶与底物的反应、蛋白与蛋白的耦合、比较野生型与突变蛋白的不同特性、蛋白折叠的机制问题（控制温度，使蛋白自行折叠和去折叠）等。

讲师介绍：由湖北省重点建设高校、国内一流学科建设高校特聘教授、国立台湾大学博士后毕业、美国研究型大学和世界名校留学生讲授。在国内外学术期刊发表研究论文二十余篇，曾先后主持和参与国家自然科学基金和省自然科学基金数十项。拥有十余年的分子模拟、化学反应动力学、量子化学研究经验，主要擅长计算分子模拟、分子动力学、热力学、化学反应动力学等研究，其中溶剂化自由能计算方法研究被评为“Top Tier”的研究贡献。

GROMACS分子动力学模拟、药物开发溶剂筛选技术与应用

GROMACS程序入门

1. 主要算法介绍：最速下降法、共轭梯度法、有限差分法
2. 力场介绍：AMBER、CHARMM、MMX、CVFF、OPLS；力场类型、参数和分类
3. 基础知识：积分迭代器、积分步长选取、温度控制、压力控制、周期性边界条件
4. 模拟基本流程：能量最小化、NVE弛豫、NVT控温、NPT控压、MD平衡模拟
5. 计算化学基本概念：范德华表面、分子表面、接触表面、溶剂可及表面、势能面

实战演练：

1. Linux入门操作及方法
2. 并行环境搭建
3. win版、linux版编译安装及运行
4. GROMACS文件类型：PDB、GRO、TOP/ITP、XVG、MDP
5. 力场概念、分类及力场参数修改：探究力场具体形式，为以后创建自己体系做准备，以OPLS为例，力场的各种参数说明及修改

生物体系建模

1. 辅助工具软件:Packmol、GaussView、vmd、Grace等
2. 模型建模/TOP文件的生成：生物小分子PDB构建、模型及原子类型定义、结构调整（键长、键角、二面角）生物小分子top结构构建、itp文件建立、拓扑文件生成工具

实战演练：

1. 构建一个简单的生物分子体系模型并运行
2. 蛋白质、核酸、多肽、溶剂等复杂体系构建

建模结果分析

1. 模拟结果分析方法整合
2. 结构稳定性分析：RMSD、RMSF、PCA等
3. 动态行为分析：轨迹可视化、自由体积、扩散系数等
4. 相互作用分析：氢键网络、接触面积、界面水分子等

实战演练：

1. 模拟轨迹分析：trajectory，sasa，rdf，freevolume等
2. 生成拓扑结构和坐标文件：editconf，genconf，pdb2gmx等
3. 模拟能量分析：energy，enemat等
4. 系统动态结构分析：cluster，confrms，midist等
5. 空间分布性质：gyrate，msd，rdf，traj等
6. 分子结构分析：hbond，order，principal，spol等
7. 静电作用分析：dielectric，dipoles，potential等

水溶性蛋白质与配体作用的分子动力学模拟及结果分析

1. 配体与蛋白处理：坐标文件与拓扑文件修改
2. 模拟过程与参数设置：能量最小化、NVT/NPT平衡、取样策略
3. 分子动力学结果分析

实战演练：

1. 配体分子的处理、 蛋白结构的处理
2. 修改蛋白坐标文件、修改拓扑文件
3. 构建盒子并放入溶剂、平衡系统电荷
4. 能量最小化、NVT平衡、NPT平衡
5. 模拟结果取样、模拟结果分析：
   轨迹文件观察、能量数据作图、计算斜方差、测量回旋半径、计算结构的RMSD值、计算原子位置的根均方波动、计算模拟过程中分子间的氢键的数目、距离或角度

生物膜磷脂双分子层生物膜、膜蛋白等建模

1. 理解生物膜磷脂双分子层的结构特点
2. 膜蛋白的多样性和功能机制
3. 使用分子建模技术对生物膜进行建模与模拟的方法

实战演练：

1. 磷脂分子结构、双分子层建模
2. 模拟水通道（蛋白、多肽等）
3. 插入溶剂分子、模拟系统达平衡
4. 分析溶剂分子扩散速率、分子间的氢键的数目、距离或角度

高级进阶模拟分子自由能计算实践

自由能计算（伞形采样法为例）

伞形采样法：创建反应路径构型、伞形采样、结合自由能计算

实战演练：

1. 创建一系列反应路径分子构型
2. 提取模拟间隔质心轨迹
3. 模拟每个构型的伞形采样
4. 柱状图分析计算结合自由能
5. 模拟结果讨论

药物分子开发溶剂筛选

1. 热力学积分方法：溶剂筛选的理论基础
2. 药物分子建模：构建药物在不同相态的模型
3. 分配系数计算：理论计算与快速预测方法

实战演练：

1. 药物分子溶解在水相，油相和醇相的建模
2. 计算不同相态下的分配系数
3. 快速预测药物分配系数