NAMD入门教程(一)解析.doc

1. 分子动力学模拟概论 1.1 分子动力学模拟的发展 1.2 分子动力学模拟的基本原理 1.3 分子动力学模拟相关软件 2. 分子动力学入门 2.1 基本设置 2.2 生成蛋白质结构文件（PSF） 2.3 蛋白质的溶质化 2.4 球状水体中泛素（Ubiquitin）的分子动力学模拟 2.5 立方水体中泛素（Ubiquitin）的分子动力学模拟 2.6 简单的结果分析 3. 分析方法 3.1 平衡态分子动力学模拟分析 3.1.1 每个残基的RMSD值 3.1.2 麦克斯韦-波尔兹曼（Maxwell-Boltzmann ）能量分布 3.1.3 能量分析 3.1.4 温度分布 3.1.5 比热分析 3.2 非平衡态分子动力学模拟分析 3.2.1 热扩散 3.2.2 温度回音 4 人工操纵的分子动力学模拟（SMD） 4.1 除去水分子 4.2 恒速拉伸 4.3 恒力拉伸 4.4 结果分析 1. 分子动力学模拟概论 分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation）/Research/namd/ 免费得到（需要进行免费注册）。此外，我们还需要VMD作为分子可视化和辅助分析软件，可以从/Research/vmd/ 免费得到，最新版本是VMD1.85 。 NAMD安装方法：事实上NAMD是不需要安装的。请新建文件夹namd-tutorial, 在该目录中新建文件夹NAMD，下载完成NAMD2.6软件包后，将压缩文件解压到文件夹NAMD中，就可以使用。 下文中为了叙述方便，我们将默认读者的NAMD主程序位于../namd-tutorial/NAMD 目录中（安装VMD程序时可以安装到任意目录，不影响教程操作）。 此外，本教程还需要一系列教程文件。所需文件均可以从 /Training/Tutorials/ 下载（图） 下载完成教程所用文件后，请把所有内容解压到namd-tutorial目录下，此后的部分我们将默认教程所用文件位于../namd-tutorial 目录中。 完成上述准备之后，请打开Windows资源管理器，namd-tutorial目录的结构应该如下：（如果目录形式不一致，请务必进行调整） 该文件夹中有我们进行动力学模拟所需的所有文件。 最后，还需要交代的是，NAMD不同于我们所熟悉的大多数Windows软件：它不具有图形界面。打个比方说，我们平常使用Word，Excel，Photoshop等有图形界面的软件，好像是面对面聊天；而现在使用不具有图形界面的NAMD就像是书信往来：动力学模拟的所有参数设定都需要用户通过一个文本文件通知NAMD，NAMD进行处理计算，然后再通过许多输出文件输出结果。不借助其他软件，用户无法直接看到NAMD的工作状态。 由于进行动力学模拟的准备和结果的可视化分析，必不可少的软件是VMD，下面的讲解中也将大量用到VMD。我们假定读者已经对VMD的基本操作有一定的了解。VMD的入门教程可参见本章附录。 下面，我们将使用NAMD进行简单的分子动力学模拟，并进行初步的分析。我们将要进行动力学模拟的分子是一个76个氨基酸的小肽：泛素。 知识连接：泛素——“死亡之吻” 泛素是一个由76个氨基酸组成的高度保守的多肽链, 因其广泛分布于各类细胞而得名。泛素共价地结合于底物蛋白质的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质将被特异性地识别并迅速降解蛋白质降解过程中泛素的枢纽作用越来越得到重视。蛋白质降解异常与许多疾病（恶性肿瘤,神经退行性疾患等）的发生密切相关。而泛素在蛋白质降解中的作用机制如能被阐明将对解释多种疾病的发生机制和有重要意义。…按钮，在弹出的文件浏览中找到 namd-tutorial/1-1-build 文件夹，在此文件夹中选择1UBQ.pdb，单击Load按钮载入1UBQ.pdb。 提示：关于文件后缀名 如果浏览文件时看不到“.psf”“.pdb”等后缀名，可以在“我的电脑”中选择“工具”→“文件夹选项”，在“查看”选项卡中取消“隐藏已知文件类型的扩展名”。强烈推荐读者取消这一项，因为这还涉及到下文中的许多操作。 载入之后在图形窗口（VMD 1.8.5.OpenGL Display）中应当可以看到下图（图）： 可以看到，所有的氧原子用红色表示，碳原子以天蓝色表示（碳原子所连的键也是天蓝色，所以整个蛋白骨架为天蓝色），硫原子以黄色表示。注意到没有出现氢原子，这是因为此结构是由X射线晶体衍射得来的，而X射线衍射一般得不到氢原子的精确位置。注意：蛋白周围的红点实际上是水分子，由于没有氢，所以仅显示出一个一个的