分子模拟
分子模拟
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分子模拟，是指利用理论方法与计算技术，模拟或仿真分子运动的微观行为，广泛的应用于计算化学，计算生物学，材料科学领域，小至单个化学分子，大至复杂生物体系或材料体系都可以是它用来研究的对象。
计算机分子模拟技术Computer Molecular Simulation,CMS
目录
1分类
2计算机分子模拟技术
3应用
1分类编辑
分子模拟的工作可分为两类：预测型和解释型。
预测型工作是对材料进行性能预测、对过程进行优化筛选，进而为实验提供可行性方案设计。解释型工作即通过模拟解释现象、建立理论、探讨机理，从而为实验奠定理论基础。
2计算机分子模拟技术编辑
这是随着计算机在科研中的应用而发展起来的一门新的科学，是计算机科学与基础科学相结合的产物。在药物研究方面通过分析和计算一系列活性药物分子的三维构象并将其叠合，可以了解某一类药物分子所应具有的药物构象，这一信息给予新药研究很大帮助，药效构象的计算为今后的药效基团方法以及数据库虚拟筛选的方法打下了基础。
3应用编辑
近年来分子模拟技术发展迅速并在多个学科领域得到了广泛的应用。在药物设计领域，可用于研究病毒、药物的作用机理等；在生物科学领域，可用于表征蛋白质的多级结构与性质；在材料学领域，可用于研究结构与力学性能、材料的优化设计等；在化学领域，可用于研究表面催化及机理等；在石油化工领域，可用于分子筛催化剂结构表征、合成设计、吸附扩散，可构建和表征高分子链以及晶态或非晶态本体聚合物的结构，预测包括共混行为、机械性质、扩散、内聚与润湿以及表面粘接等在内的重要性质。
生物化学与分子生物学总论
?生物化学?生物无机化学?原始生物化学?古生物化学?前生命化学
?地球生物化学?放射生物化学?低温生物化学?制备生物化学?反向生物化学
?生命科学?分子生物学?结构分子生物学?分子遗传学?生物信息学
?反向生物学?结构生物学?生物能学?生物物理化学?生物物理学
?酶学?糖生物学?基因组学?结构基因组学?功能基因组学
?比较基因组学?药物基因组学?转基因学?蛋白质组学?RNA组学
?糖组学?相互作用物组学?代谢物组学?代谢组学?表型组学
其他科技名词
?转录物组学?基因组?功能基因组?蛋白质组?转基因组
?转录物组?表型组?代谢物组?RNA组?糖组
?相互作用物组?生物大分子?生物多聚体?单体?多体
?寡聚体?多聚体?残基?一级结构?二级结构
?三级结构?二维结构?超螺旋?氢键?二级氢键
?三级氢键?共价键?离子键?疏水作用?螺旋结构
?螺旋度?螺旋参数?十字形[结构] ?环?凸起
?序列?共有序列?保守序列?前导序列?下游
?下游序列?模件?模体?结构模体?域
?激活域?结构域?结构元件?链?主链
?侧链?反向平行链?折叠?错折叠?解折叠
?重折叠?变性?变性剂?复性?退火
?重退火?失活?活性?比活性?激活[作用] ?激活物?激动剂?解聚?解离?效应物
?正效应物?负效应物?同促效应?异促效应?协同作用
?负协同?拮抗作用?拮抗剂?辅因子?协同部位
?抑制?阻抑?阴性对照?化学修饰?修饰系统
?调制?调制物?调制系统?调节?正调节
?负调节?邻近依赖性调节?负调控?全局调节?顺式调节
?反式调节?反式阻遏?时序调节?反向调节?协同调节
?调节物?正调物?下调物?调节因子?调节域
?调节区?调节部位?调节级联?副作用?副产物
?副反应?稳定性?转运?接纳体?衔接子
?连接物?抗体?单克隆抗体?多克隆抗体?嵌合抗体
?抗原?表位?同种型?结合部位?配体
?衍生物?排比?供体?受体?同源物
?同系物?杂合体?杂交体?同形体?嵌合体
?重组体?衔接点?接界?前体?引物
?识别元件?报道分子?应答元件?亚基?基因家族
?蛋白质家族?亚家族?超家族?兼性离子?趋化性
?协同性?两亲性?亲水性?疏水性?亲脂性
?同源性?旋光色散?旋光异构?旋光性?变旋
?手性?外消旋化?构型?构象?顺向构象
?异构现象?异构化?顺反异构?互变异构?异构体
?顺式异构体?反式异构体?右旋异构体?左旋异构体?对映[异构]体?非对映[异构]体?互变异构体?差向异构体?差向异构化?专一性
?立体选择性?立体专一性?均一性?不均一性?微不均一性?集落?丰度?抗终止作用?装配?缔合
?亚基缔合?平衡常数?缔合常数?解离常数?延伸
?识别?阻滞?易位?分子模拟?成熟
?细胞程序性死亡?细胞凋亡?发酵?融合?[细]胞外基质?基质?古核生物?生物信息?多态性?生物多样性?生物安全性?生物可利用度?生物危害?生物发光?微环境
?分子病?人类基因组计划
以上科技名词按拼音字母排序,排名不分先后
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分子模拟(Molecular Simulationor Modelling and Simulation)为二十世纪下半叶发展起来而如今最为热门的一种计算机模拟方法。随着量子力学理论的逐步完善、经验力场的不断开发和更新换代以及计算机的普及和计算速度和容量的不断提升，半个世纪以来，分子模拟的理论和方法得到了快速的发展，在物理、化学化工、材料科学、生命科学等诸多领域发挥着越来越重要的作用，已逐渐形成一门专门的学科—分子模拟。现今，国内外的绝大多数科研机构和高等院校都已或正在涉足分子模拟领域，每年在世界范围内发表的相关研究论文数以万计，并且呈逐年上升趋势。分子模拟所担当的角色也由早期纯粹的解释型逐渐过渡到解释、指导及预测并重型。
分子模拟作为一种计算机模拟手段，主要可以进行解释型工作和预测型工作。前者为实验奠定理论基础，通过模拟解释实验现象、建立理论模型、探讨过程机理等，后者为实验提供可能性和可行性研究，进行方案辅助设计、材料性能预测、过程优化筛选等。不同的分子模拟手段可以得到不同的信息。量子力学可以计算得到分子的几乎一切性质，如结构(、构象、偶极矩、电离能、电子亲和力、电子密度、过渡态和反应途径等;分子力学可以计算分子体系的稳定构象、热力学特性、振动光谱等;能量最小化可以探索相空间（phase spaee)和势能面（Potential cuvre)，可以找出局部(local)及全局(global)最小点及转化过程的马鞍点(saddl point);Monte Carlo可以计算复杂分子体系的结构变化特别是相变化;分子动力学可以得到复杂分子的热力学、结构、力学性质特别是可以观察体系的动态演变，得到许多与时间有关的动力学性质;布朗动力学可以研究蛋白质在水溶液中的折叠过程;构象分析可以研究复杂分子稳态和亚稳态结构之间的演变等等。
分子模拟所涉及的研究领域，涵盖了物理、化学、化工、材料、生化等几乎一切可以用理论模型进行研究的体系，多数可以得到能与实验结果相比较的计算结果。分子模拟己经逐渐成为与实验技术并重的强有力的研究手段。
[基础理论]分子动力学模拟介绍
1、分子动力学简介：
分子动力学方法是一种计算机模拟实验方法，是研究凝聚态系统的有力工具。该技术不仅可以得到原子的运动轨迹，还可以观察到原子运动过程中各种微观细节。它是对理论计算和实验的有力补充。广泛应用于材料科学、生物物理和药物设计等。经典MD模拟，其系统规模在一般的计算机上也可达到数万个原子，模拟时间为纳秒量级。2006年进行了三千二百亿个原子的模拟（IBMlueGene/L）。
分子动力学总是假定原子的运动服从某种确定的描述，这种描叙可以牛顿方程、拉格朗日方程或哈密顿方程所确定的描述，也就是说原子的运动和确定的轨迹联系在一起。在忽略核子的量子效应和Born-Oppenheimer绝热近似下，分子动力学的这一种假设是可行的。所谓绝热近似也就是要求在分子动力学过程中的每一瞬间电子都处于原子结构的基态。要进行分子动力学模拟就必须知道原子间的相互作用势。
在分子动力学模拟中，我们一般采用经验势来代替原子间的相互作用势，如Lennard-Jones势、Mores势、EAM原子嵌入势、F-S多体势。然而采用经验势必然丢失了局域电子结构之间存在的强相关作用信息，即不能得到原子动力学过程中的电子性质。
详细介绍请见附件。
2、分子模拟的三步法和大致分类
三步法：
第一步：建模。包括几何建模，物理建模，化学建模，力学建模。初始条件的设定，这里要从微观和宏观两个方面进行考虑。
第二步：过程。这里就是体现所谓分子动力学特点的地方。包括对运动方程的积分的有效算法。对实际的过程的模拟算法。关键是分清楚平衡和非平衡，静态和动态以及准静态情况。
第三步：分析。这里是做学问的关键。你需要从以上的计算的结果中提取年需要的特征，说明你的问题的实质和结果。因此关键是统计、平均、定义、计算。比如温度、体积、压力、应力等宏观量和微观过程量是怎么联系的。
有了这三步，你就可以做一个好的分子动力学专家了。推而广之，其实所谓的介观模拟，蒙特卡罗模拟、有限元模拟都是一个道理。
大致分类：
2.1电子模拟（量化计算，DFT）
?量子化学计算，一般处理几个到几十个原子；常见软件：GAUSSIAN，NWCHEM等?密度泛函（DFT），可以算到上百个原子；常见软件：V ASP
2.2分子模拟（分子动力学，蒙特卡洛）
2.2.1分子级别的模拟
?分子水平的模拟，以分子的运动为主要模拟对象，采用经验性的分子间作用函数模拟微粒之间的作用。一般情况下不考虑电子转移效应，因而不能准确模拟化学成键作用?发展最早
?1950s，Alder，劳伦斯利物默实验室，分子动力学模拟32个原子
?1950s，Metropolis，洛斯阿洛莫斯实验室，蒙特卡洛模拟32个原子
?分子级别的模拟应用的领域很广，广泛应用于化学，物理，生物，化工，材料，机械，治药等领域
?简单易学
2.2.2蒙特卡洛方法
?蒙特卡洛是一种优化方法，通过蒙特卡洛算法来寻求能量最优点
?随机方法：通过系综平均来求取宏观性质，模拟的是平衡状态，不涉及时间效应（KMC 除外）
?优点是可以跨越时间因素，缺点是得不到有关时间信息的性质
2.3CPMD:考虑量子效应的分子动力学
?同时考虑原子核的运动（牛顿力学）和电子的运动（量子力学），能同时准确模拟物理作用和化学键作用
?目前来说CPMD可以处理的体系还很小（几十个原子）
2.4颗粒方法（CoarseGrain）
?将分子基团（几个或者几十上百个原子）当成单个的微粒来处理，微粒之间的作用也是通过类似于分子动力学的未能函数来描述，可以模拟更长的时间跨度
3、几种常见的针对软材料模拟分子动力学软件
3.1namd：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/Research/namd/主要针对与生物和化学软材料体系
优点：程序设计水平高，计算效率高，号称可以有效并行到上千个处理器，兼容多种输入和输出文件格式，有很好的分析辅助软件VMD，有很好的维护服务，不需安装，免费
缺点：万一需要自己安装的话比较麻烦
3.2AMBER：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,，主要针对生物体系，也适当兼容一般化学分子
优点：有很好的内置势能模型，自定义新模型和新分子很方便，有很完善的维护网站
缺点：计算效率不高（收敛到16个处理器），运算速度慢，$400
3.3CHARMM：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/主要针对生物体系，也包含部分化学体系
优点：势能模型更新很快，自定义新模型比较方便，维护服务很好
缺点：运算速度慢，计算效率低，$600
3.4TINKER：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/tinker/一般性分子动力学软件，对生物体系略有偏重
优点：支持多种模型，免费
缺点：仍在开发中，某些方面还不完善
3.5LAMMPS：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/~sjplimp/lammps.html，一般性分子模拟软件
优点：兼容当前大多数的势能模型，编程水平高，计算效率高（比NAMD差，强于其他所有类似软件），可以模拟软材料和固体物理系统，免费缺点：维护差
3.6DL-POL Y：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/msi/software/DL_POL Y/一般性分子模拟软件
优点：界面友好，计算效率高（有两个版本供选择，适合于不同大小的体系），维护服务很好
缺点：兼容性不好，100英镑
3.7GROMACS：https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/主要针对生物体系，也适当照顾一般化学体系
优点：算法好，计算效率高，界面友好，维护服务好，免费软件
缺点：兼容性不好
3.8MaterialsExplorer
多功能分子动力学软件
立足于Windows平台的多功能分子动力学软件。拥有强大的分子动力学计算及MonteCarlo软件包，是结合应用领域来研究材料工程的有力工具。MaterialsExplorer可以用来研究有机物、高聚物、生物大分子、金属、陶瓷材料、半导体等晶体、非晶体、溶液，流体，液体和气体相变、膨胀、压缩系数、抗张强度、缺陷等。MaterialsExplorer软件中包含2Body，3Body，EAM，AMBER等63个力场可供用户选择。MaterialsExplorer软件拥有完美的图形界面，方便使用者操作。
功能：
创建模型：
?MDCellBuilder——创建非晶和有序体系
?AddMDCell——创建分层体系，如晶界和相界等
?MoleculeGenerator——在吸附，CVD，spattering模拟中插入新的分子到MDCell
附加工具：
?MoleculeBuilder——提供所有类型的分子的创建
?CrystalBuilder——使用空间点群和不对称单元创建晶体结构，用于无机固体及分子晶
体系统的研究
?PolymerModule——模拟不定型聚合物
?pdb→bdl支持输入pdb格式的文件
各种灵活的模拟功能：
?NEV,NTV,NPH和NTP全部使用Parrinello-Rahman-Nose方法
?两种积分方法:Gear(predictor-corrector)和Hernandez(leap-frog)
?使用SHAKE算法进行键约束计算，可以采用周期边界条件，研究异相系统（气-固界面，固体颗粒边界等）
?多种分子模型：potential，rigidbody，bondconstraint，unitedatommodel
?使用Parrinello-Rahman和Nose方法进行温度和压力控制分子动力学模拟
?初始驰豫——阻止在液体和非晶模拟中的爆炸
?外场：静电场，磁场，重力场，包括球和弹性能力校正
?电荷确定工具——确定分子的原子电荷
?轻松建立随机多组分液相或气相系统；
?轻松进行分子模拟，从而研究晶体或外延生长，表面吸附和表面破坏；
?利用复制，剪切和粘贴功能建立带有缺陷和杂质的模块系统
分析：
?MonitoringModule——显示温度，压力，内能以及其它热力学性质与时间的2D曲线图
?3DAtomicConfigurationModule——显示系统的快照，轨迹和动画
?MSDModule——从输出数据计算均方位移（MSD）。显示MSD的2D图像，以及每个分子的自扩散系数。
?PCFModule——计算配对相关性函数和自由基分布函数，并描绘出相应的二维图
?InterferenceFunctionModule——根据一对相关函数计算X-ray和中子衍射。
?V oronoiModule——计算V oronoi多面体的数目和这个多面体的面数。利用Voronoi分析对无定形固态进行表征
?InternalCoordinateModule——计算键长，键角，二面角，或指定分子类型的里面角，在分布图中显示分布状态。
?VelocityAuto-CorrelationFunction&SpectrumModule——计算自相关函数和基于Wiener-Khintchin方法的谱
?ModulusofElasticityModule——计算弹性系数
4、国内部分著名分子
中国科研人员利用"天河一号"创分子模拟计算世界纪录2011年06月11日11:17:00 来源：新华网【字号大小】【收藏】【打印】【关闭】
新华网天津６月１１日电（记者毛振华）中国科学院过程工程研究所科研人员日前利用全
球最快计算机“天河一号”的ＧＰＵ超强计算能力，运行了一项分子动力学模拟项目，成功创下全球分子模拟计算的世界纪录。
中国科学院过程工程研究所研究员葛蔚在接受新华社记者采访时说，研究所的科研人员采用“天河一号”上的７１６８颗“英伟达ＧＰＵ”，开展了一项规模巨大的分子动力学模拟，以了解太阳能电池和半导体行业中常用的晶体硅的微观行为。为此，他们编写的程序大约有１００００行，其中最核心的计算由约２０００行ＣＵＤＡ代码执行，最终取得了每秒１．８７千万亿次单精度浮点运算的可持续性能。
整个模拟总共用了３个小时左右，达到了深入统计分析所需的时间尺度。通过反复验证，科研人员确认模拟结果与真实材料相符。目前，科研人员仍在紧张分析模拟结果和改进程序，最终的计算性能有望进一步提高。
据“天河一号”ＧＰＵ生产方英伟达公司对外发布的消息称，此次模拟的运行性能是之前最高性能的分子模拟的五倍，而模拟规模也在其两倍以上。这次模拟勾画出了约为１１００亿个原子的微观行为，而之前此类模拟的纪录是对４９０亿个原子达到每秒３６９万亿次浮点运算性能。
业内专家表示，计算机模拟对于新材料的研究与生产具有非常重要的意义，可最大限度地揭示细节，但成本却比实验要低得多。
据了解，“天河一号”位于国家超级计算天津中心，曾于去年荣膺ＴＯＰ５００组织颁发的全球最快超级计算机称号。目前被广泛应用于勘探石油、医药开发、天气建模、数据备份等领域。
动力学课题组简介
计算机分子模拟技术在石油化工领域的应用
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文本预览：
参数,原子位置,原子占有率,温度因子等性质,如利用与已发表的结构或模拟实验数据进行结构精修;利用Rietveld方法,通过对比实验X-Ray衍射数据进行结构精修;利用距离优化法(DLS)进行结构精修。
(3)利用分子模拟技术可以对任意建造的分子筛结构预报其稳定性及相应的参数,分子筛设计专家可以在计算机屏幕上进行新型分子筛的设计。
(4)利用分子模拟技术可以进行分子筛光谱波谱的模拟及其结构的表征与解析。
(5)利用分子模拟技术可以很直观很方便地"观察"到分子筛的吸附散现象以及温度等因素对吸附的影响,可以考察分子筛催化剂的催化机理,有目标地设计新型高效的分子筛催化剂。
三、分子模拟技术在高分子材料研究开发领域中的应用
1.研究弹性材料的结构和性质
计算机模拟目前在弹性材料(elastomericmaterials)的结构表征和性质(性能)的解析及预测方面起着越来越重要的作用[18-20],其在该领域中的应用主要包括以下几个部分:
(1)对表现出可逆转弹性性质(reversibleelastomericproperties)的材料的开发而进行的对凝胶过程(gelationprocess)的模拟,其目的在于充分表征溶胶相(solphase)的量和构成以及凝胶相(gelphase)的结构以预测它们的模量(moduli)[21,22]。
(2)对多环分子(macrocyclicmolecules)的立体构像的模拟,尤其是对其"孔径"的表征,可用以预测其在端连接过程中的捕获效率[23]。
(3)高聚物的结晶目前也是一个引人注目的研究方向。Windle等[24]发展了一些模型来模拟含两种可结晶组分的共聚物的链的序列。Madkour[25,26]用MonteCarlo法研究了二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷的共聚结晶。
(4)某些高分子材料因其具有很好的透气性能而被考虑应用在气体分离工作中,考察的高分子材料有无定形聚乙烯(PE)和聚二甲基硅氧烷(PDMS),参见文献[27,28]。
(5)研究共聚物的结构和性能的关系。Subramanian等[29]用分子模拟技术研究理想的支化的乙烯-丙烯共聚物(EPcopolymer)的结构,发现和线性共聚物相比,支化共聚物具有较小的回转半径,和溶剂的相互作用较小,
粘度较低。EP 共聚物经常被用于调整各种润滑剂(如内燃机油)的粘温性能[30],该项研究具有很强的实用价值。
2.高分子共混体系的预报
通过共混的物理方法得到具有工程上要求的特定物理性质的高分子材料而无须再去进行具有类似性质的共聚物的设计。目前,尚没有简单可循的方法来判断哪些高分子能够共混,从经验上可以提出很多共混的高分子组份的方案,要从实验上(包括化学合成,结构鉴定和物性检验等环节)寻找有效的方案,费用很大。用分子模拟的方法来判断哪些高分子能够共混,会极大地缩短所用的时间,整个过程可分为两个部分,其一是用分子模拟技术来评价各方案的可行性,其二是优化的几个方案的实施[31]。 3.催化剂选择性的设计
分子模拟技术可以建立催化剂中心与反应分子相互作用的模型,计算出各种取向的构型之间的能量差,能量低的其存在的几率大于能量高的,由此可以评价、筛选各种设计方案,得到对催化剂选择性机理的正确认识,得到优秀催化剂设计方案的可靠选择。 (1)Ziegler-Natta 催化剂和金属茂催化剂
文献[32]介绍了用于丙烯等规(isotatic)聚合的Ziegler-Natta 催化剂的分子模拟设计,利用电子结构从头计算技术结合经验力场分子动力学技术,研究了环桥1,2-亚乙基双茚基锆Ziegler-Natta 催化剂的定向性;基于外消旋1,2-亚乙基双茚基锆和外消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂的等规立构实验观测结果可以和计算结果相吻合;提供了内消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂的无规立构性质;报导了模拟修正后的外消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂对等
复旦化学实验室
理论催化与分子模拟
本课题组建立于八十年代中期，最早从事分子光谱的精确计算，并逐步和表面化学及催化实验研究结合，开展表面吸附、反应等理论催化研究工作，目前主要进行四个方向的理论研究： （一）金属及修饰金属表面多相催化理论研究。
（二）非晶态催化剂的理论研究。 （三）硅原子簇的结构和化学性质。 （四）超快反映动力学及其光谱理论研究。
范康年
陆靖 王文宁 刘智攀 李振华 课题
分子模拟与设计实验室
发布人：唐赟作者：发布时间：2012-06-27访问次数：
分子模拟与设计实验室
Laboratory of Molecular Modeling and Design
实验室成员：
教师：唐赟（教授）、刘桂霞（副教授）、李卫华（副教授）
博士后：史荣卫（11秋）
博士生：程飞雄（10秋）、杜铮（12春）、李晓（12秋）
硕士生：陈雷（10秋）、徐聪颖（10秋）、付静（10秋）、卞汉平（11秋）、张臣（11秋）、王键峰（11秋）、周媛（11秋）、顾世恺（11秋）、李杰（12秋、硕博）、陈英杰（12秋）、孙露（12秋）、盛亚运（12秋）、阴拥民（12秋）、王雷（12秋）
科研条件：
分子模拟与设计实验室建有高性能计算机辅助药物设计工作平台，硬件有Dell PowerEdge 和曙光计算机群集系统、Dell Precision 670 图形工作站以及联想服务器等，软件有Tripos 分子模拟软件包SYBYL 7.0、Schr?dinger 公司分子模拟与设计软件包Maestro 9.0，生物大分子动力学模拟软件CHARMM、Gromacs 和Amber，虚拟筛选软件GOLD、DOCK和Glide，
等等。
毕业校友：
24、胡国平：药物化学专业，医学博士，2009年9月－2012年8月在读。现就
职于上海药明康德新药开发有限公司；
23、初燕燕：药物化学专业，医学博士，2007年9月－2012年3月在读。现就
职于北京康龙化成新药技术有限公司；
22、邝光林：药学一级学科，医学硕士，2009年9月－2012年3月在读。现在
瑞典皇家工学院（KTH)攻读博士学位；
21、肖文：药学一级学科，医学硕士，2009年9月－2012年3月在读。现就职
于上海诺华生物医学研究院；
20、沈中华：化学生物技术与工程专业，工学硕士，2009年9月－2012年3月
在读。现就职于中信建投证券股份有限公司；
19、金芳芳：药学一级学科，医学硕士，2009年9月－2012年3月在读。现就
职于上海恒瑞医药有限公司；
18、石洪卫：化学生物技术与工程专业，工学硕士，2009年9月－2012年3月
在读。现就职于北京华睿鼎信科技有限公司；
17、李璀：化学生物技术与工程专业，工学博士，2006年9月－2011年6月在
读。现在意大利比萨CNR进行博士后研究；
16、许哲军：化学生物技术与工程专业，工学博士，2006年9月－2011年6月
在读。现在华东理工大学科技处工作；
15、沈杰：化学生物技术与工程专业，工学博士，2006年9月－2011年3月在
读。现在美国FDA下属国家毒理研究中心（NCTR）进行博士后研究；
14、孙宪强：化学生物技术与工程专业，工学硕士，2008年9月－2011年3月
在读。现在瑞典皇家工学院（KTH)攻读博士学位；
13、许柚：化学生物技术与工程专业，工学硕士，2008年9月－2011年3月在
读。现在瑞典卡罗林医学院攻读博士学位；
12、方菁：药物化学专业，医学硕士，2008年9月－2011年3月在读。现就职
于创腾科技有限公司；
11、卢春华：药物化学专业，医学硕士，2008年9月－2011年3月在读。现就
职于上海迪赛诺生物医药有限公司；
10、李耀宗：化学生物技术与工程专业，工学硕士，2007年9月－2010年3月
在读。现就职于上海药明康德新药开发有限公司；
9、程建昕：药物化学专业，医学硕士，2007年9月－2010年3月在读。现就职
于苏州迪星生物医药有限公司；
8、高振霆：应用化学专业，博士后，2006年8月－2008年7月在站。现就职于
上海药明康德新药开发有限公司；
7、赵亚雪：制药工程与技术专业，工学硕士，2005年9月－2008年3月在读。
现在上海交通大学药学院攻读药物化学博士学位；
6、曾娟：制药工程与技术专业，工学硕士，2005年9月－2008年3月在读。
现就职于格斯生物医药（上海）有限公司；
5、张静：生物化学与分子生物学专业，理学硕士，2005年9月－2008年3月
在读。现就职于上海法马苏提克咨询有限公司；
4、程家高：应用化学专业，博士后，2005年9月－2007年8月在站。现在华东
理工大学药学院药物化工研究所任副教授；
3、李卫华：应用化学专业，博士后，2005年9月－2007年6月在站。出站后到
日本千叶大学JSPS博士后，2009年7月回到本实验室工作；
2、贾坦：药物化学专业，医学硕士，2004年9月－2007年6月在读。现就职
于上海美斯达医药开发有限公司；
1、沈喨喨：生物化学与分子生物学专业，理学硕士，2004年9月－2007年3
月在读。现就职于诺华诊断。
版权所有? 华东理工大学药学院
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中国科研人员创下分子模拟计算世界纪录
资料图片：2009年10月29日，国防科技大学成功研制出的峰值性能为每秒1206万亿次的“天河一号”超级计算机在湖南长沙亮相。我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。超级计算机又称高性能计算机、巨型计算机，是世界公认的高新技术制高点和21世纪最重要的科学领域之一。新华社发（何书远
摄）
中国科学院过程工程研究所科研人员日前利用全球最快计算机“天河一号”的ＧＰＵ超强计算能力，运行了一项分子动力学模拟项目，成功创下全球分子模拟计算的世界纪录。
中国科学院过程工程研究所研究员葛蔚在接受新华社记者采访时说，研究所的科研人员采用“天河一号”上的７１６８颗“英伟达ＧＰＵ”，开展了一项规模巨大的分子动力学模拟，以了解太阳能电池和半导体行业中常用的晶体硅的微观行为。为此，他们编写的程序大约有１００００行，其中最核心的计算由约２０００行ＣＵＤＡ代码执行，最终取得了每秒１．８７千万亿次单精度浮点运算的可持续性
能。
整个模拟总共用了３个小时左右，达到了深入统计分析所需的时间尺度。通过反复验证，科研人员确认模拟结果与真实材料相符。目前，科研人员仍在紧张分析模拟结果和改进程序，最终的计算性能有
望进一步提高。
据“天河一号”ＧＰＵ生产方英伟达公司对外发布的消息称，此次模拟的运行性能是之前最高性能的分子模拟的五倍，而模拟规模也在其两倍以上。这次模拟勾画出了约为１１００亿个原子的微观行为，而之前此类模拟的纪录是对４９０亿个原子达到每秒３６９万亿次
浮点运算性能。
业内专家表示，计算机模拟对于新材料的研究与生产具有非常重要的意义，可最大限度地揭示细节，但成本却比实验要低得多。
据了解，“天河一号”位于国家超级计算天津中心，曾于去年荣膺ＴＯＰ５００组织颁发的全球最快超级计算机称号。目前被广泛应用于勘探石油、医药开发、天气建模、数据备份等领域。（记者毛振华）
分子动力学的模拟过程
分子动力学的模拟过程 分子动力学模拟作为一种应用广泛的模拟计算方法有其自身特定的模拟步骤,程序流程也相对固定。本节主要就分子动力学的模拟步骤和计算程序流程做一些简单介绍。 1. 分子动力学模拟步驟 分子动力学模拟是一种在微观尺度上进行的数值模拟方法。这种方法既可以得到一些使用传统方法,热力学分析法等无法获得的微观信息,又能够将实际实验研究中遇到的不利影响因素回避掉,从而达到实验研宄难以实现的控制条件。 分子动力学模拟的步骤为: (1)选取所要研究的系统并建立适当的模拟模型。 (2)设定模拟区域的边界条件,选取粒子间作用势模型。 (3)设定系统所有粒子的初始位置和初始速度。 (4)计算粒子间的相互作用力和势能,以及各个粒子的位置和速度。 (5)待体系达到平衡,统计获得体系的宏观特性。 分子动力学模拟的主要对象就是将实际物理模型抽象后的物理系统模型。因此,物理建模也是分子动力学模拟的一个重要的环节。而对于分子动力学模拟,主要还是势函数的选取,势函数是分子动力学模拟计算的核心。这是因为分子动力学模拟主要是计算分子间作用力,计算粒子的势能、位置及速度都离不开势函数的作用。系统中粒子初始位置的设定最好与实际模拟模型相符,这样可以使系统尽快达到平衡。另外,粒子的初始速度也最好与实际系统中分子的速度相当,这样可以减少计算机的模拟时间。 要想求解粒子的运动状态就必须把运动方程离散化,离散化的方法有经典Verlet算法、蛙跳算法(Leap-frog)、速度Veriet算法、Gear预估-校正法等。这些算法有其各自的优势,选取时可按照计算要求选择最合适的算法。 统计系统各物理量时,便又涉及到系统是选取了什么系综。只有知道了模拟系统采用的系综才能釆用相对应的统计方法更加准确,有效地进行统计计算,减少信息损失。 2. 分子动力学模拟程序流程 具体到分子动力学模拟程序的具体流程,主要包括: (1)设定和模拟相关的参数。 (2)模拟体系初始化。 (3)计算粒子间的作用力。 (4)求解运动方程。 (5)循环计算,待稳定后输出结果。 分子动力学模拟程序流程图如2.3所示。
分子动力学模拟
分子动力学模拟 分子动力学就是一门结合物理,数学与化学的综合技术。分子动力学就是一套分子模拟方法,该方法主要就是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量与其她宏观性质。 这门技术的发展进程就是: 1980年:恒压条件下的动力学方法(Andersenの方法、Parrinello-Rahman法) 1983年:非平衡态动力学方法(Gillan and Dixon) 1984年:恒温条件下的动力学方法(能势‐フーバーの方法) 1985年:第一原理分子动力学法(→カー?パリネロ法) 1991年:巨正则系综的分子动力学方法(Cagin and Pettit)、 最新的巨正则系综,即为组成系综的系统与一温度为T、化学势为μ的很大的热源、粒子源相接触,此时系统不仅同热源有能量交换,而且可以同粒子源有粒子的交换,最后达到平衡,这种系综称巨正则系综。 进行分子动力学模拟的第一步就是确定起始构型,一个能量较低的起始构型就是进行分子模拟的基础,一般分子的其实构型主要就是来自实验数据或量子化学计算。在确定起始构型之后要赋予构成分子的各个原子速度,这一速度就是根据玻尔兹曼分布随机生成,由于速度的分布符合玻尔兹曼统计,因此在这个阶段,体系的温度就是恒定的。另外,在随机生成各个原子的运动速度之后须进行调整,使得体系总体在各个方向上的动量之与为零,即保证体系没有平动位移。 由上一步确定的分子组建平衡相,在构建平衡相的时候会对构型、温度等参数加以监控。 进入生产相之后体系中的分子与分子中的原子开始根据初始速度运动,可以想象其间会发生吸引、排斥乃至碰撞,这时就根据牛顿力学与预先给定的粒子间相互作用势来对各个例子的运动轨迹进行计算,在这个过程中,体系总能量不变,但分子内部势能与动能不断相互转化,从而体系的温度也不断变化,在整个过程中,体系会遍历势能面上的各个点,计算的样本正就是在这个过程中抽取的。 用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能,进而计算构型积分。 作用势的选择与动力学计算的关系极为密切,选择不同的作用势,体系的势能面会有不同的形状,动力学计算所得的分子运动与分子内部运动的轨迹也会不同,进而影响到抽样的结果与抽样结果的势能计算,在计算宏观体积与微观成分关系的时候主要采用刚球模型的二体势,计算系统能量,熵等关系时早期多采用Lennard-Jones、morse势等双体势模型,对于金属计算,主要采用morse势,但就是由于通过实验拟合的对势容易导致柯西关系,与实验不符,因此在后来的模拟中有人提出采用EAM等多体势模型,或者采用第一性原理计算结果通过一定的物理方法来拟合二体势函数。但就是对于二体势模型,多体势往往缺乏明确的表达式,参量很多,模拟收敛速度很慢,给应用带来很大困难,因此在一般应用中,通过第一性原理计算结果拟合势函数的L-J,morse等势模型的应用仍非常广泛。 分子动力学计算的基本思想就是赋予分子体系初始运动状态之后,利用分子的自然运动在相空间中抽取样本进行统计计算,时间步长就就是抽样的间隔,因而时间步长的选取对动力学模拟非常重要。太长的时间步长会造成分子间的激烈碰撞,体系数据溢出;太短的时间步长会降低模拟过程搜索相空间的能力,因此一般选取的时间步长为体系各个自由度中最短运动周期的十分之一。但就是通常情况下,体系各自由度中运动周期最短的就是各个化学键的振动,而这种运动对计算某些宏观性质并不产生影响,因此就产生了屏蔽分子内部振动或其她无关运动的约束动力学,约束动力学可以有效地增长分子动力学模拟时间步长,提高搜索相空间的能
分子模拟软件介绍
一、NAMD NAMD（NAnoscale Molecular Dynamics）是用于在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系的并行分子动力学代码。NAMD用经验力场，如Amber，CHARMM和Dreiding，通过数值求解运动方程计算原子轨迹。[1] 1. 软件所能模拟的体系的尺度，如微观，介观或跨尺度等 微观。 是众多md 软件中并行处理最好的，可以支持几千个cpu 运算。在单机上速度也很快。 模拟体系常为为10,000-1,000,000 个原子。 2. 软件所属的类型，如MD，DPD，DFT，MC，量化，或交叉等 全原子md，有文献上也用它做过cgmd。 3. 软件能研究的相关领域，使用者的背景最好是？ 使用的力场有charmm,x-plor,amber 等，适合模拟蛋白质，核酸，细胞膜等体系。 也可进行团簇和CNT 系统的模拟 软件原理经典，操作简单。但需要对体系的性质足够了解。 4. 软件中主要涉及的理论方法范畴 经典的md，以及用多种方法计算自由能和SMD模拟。 数据分析时候一般很少涉及复杂的热力学和统计热力学的原理，但知道一些最好。 5.软件主要包含的处理工具
namd 是计算部分，本身不能建模和数据分析（unix 的哲学kiss）。但vmd 同namd 系出同门，已同namd 实现无逢链接。 vmd 的tcl 脚本一定要搞懂，别的就不多介绍了。[2] 6.与此软件密切相关的软件 vmd，及其他数据统计分析软件（excel，OOo-calc 等足够了）NAMD在window环境下的编译安装 1.下载NAMD_ 2.7b2_Win32 2.解压到任意目录下（建议最好直接是C：或D：下） 3.添加windows的环境变量：右键单击我的电脑----属性-----高级-----环境变量(在右下角)-----在系统的Path变量里添加你NAMD所在文件夹，比如我 的%SystemRoot%\system32;%SystemRoot%;%SystemRoot%\Syste m32\Wbem;C:\ProgramFiles\CommonFiles\ThunderNetwork\KanKan \Codecs; C:\NAMD_2.7b2_Win32 注意：添加的变量名称要和文件夹得名称一致（如果文件夹得名称你改为namd，那么变量名称为C：NAMD） 文件才可以正确运行，并且要在conf文件所在目录执行命令。如：我的命令窗口显示C:\Documents and Settings\HP> 因此我的conf文件要放在C:\Documents and Settings\HP 这个文件夹下，然后执行命令C:\Documents and Settings\HP> C:\NAMD_2.7b2_Win32\namd2 da.conf 即可。 二、GROMACS
分子动力学模拟方法概述(精)
《装备制造技术》 2007年第 10期 收稿日期 :2007-08-21 作者简介 :申海兰 , 24岁 , 女 , 河北人 , 在读研究生 , 研究方向为微机电系统。 分子动力学模拟方法概述 申海兰 , 赵靖松 (西安电子科技大学机电工程学院 , 陕西西安 710071 摘要 :介绍了分子动力学模拟的基本原理及常用的原子间相互作用势 , 如Lennard-Jones 势 ; 论述了几种常用的有限差分算法 , 如 Verlet 算法 ; 说明了分子动力学模拟的几种系综及感兴趣的宏观统计量的提取。关键词 :分子动力学模拟 ; 原子间相互作用势 ; 有限差分算法 ; 系综中图分类号 :O3 文献标识码 :A 文章编号 :1672-545X(200710-0029-02 从统计物理学中衍生出来的分子动力学模拟方法 (molec- ular dynamics simulation , M DS , 实践证明是一种描述纳米科技 研究对象的有效方法 , 得到越来越广泛的重视。所谓分子动力学模拟 , 是指对于原子核和电子所构成的多体系统 , 用计算机模拟原子核的运动过程 , 从而计算系统的结构和性质 , 其中每一个原子核被视为在全部其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动 [1]。它被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段 , 称之为“计算机实验” 手段 [2], 在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用。
根据模拟对象的不同 , 将它分为平衡态分子动力学模拟 (EM DS (和非平衡态分子动力学模拟 (NEM DS 。其中 , EM DS 是分子动力学模拟的基础 ; NEM DS 适用于非线性响应系统的模拟 [3]。下面主要介绍 EM DS 。 1分子动力学方法的基本原理 计算中根据以下基本假设 [4]: (1 所有粒子的运动都遵循经典牛顿力学规律。 (2 粒子之间的相互作用满足叠加原理。 显然这两条忽略了量子效应和多体作用 , 与真实物理系统存在一定差别 , 仍然属于近似计算。 假设 N 为模拟系统的原子数 , 第 i 个原子的质量为 m i , 位置坐标向量为 r i , 速度为 v i =r ? i , 加速度为 a i =r ?? i , 受到的作用力为 F i , 原子 i 与原子 j 之间距离为 r ij =r i -r j , 原子 j 对原子 i 的作用力为 f ij , 原子 i 和原子 j 相互作用势能为 ! (r ij , 系统总的势能为 U (r 1, r 2, K r N = N i =1! j ≠ i ! " (r ij , 所有的物理量都是随时 间变化的 , 即 A=A (t , 控制方程如下 : m i r ?? i =F i =j ≠ i
(完整版)10分钟教你掌握分子对接模拟软件(医药向)
首先介绍一下自己吧，本人毕业于南方某知名211大学药学系，目前于澳门科技大学攻读硕士研究生。从本科开始自己就在接触CADD（计算机辅助药物设计）方面的软件知识，在此将分享一些自己的纯干货！下面将以一个实例操作带大家迅速认识和掌握分子模拟对接，希望给各位从事医药行业和药物化学合成的同学带来帮助。 话不多说，下面进入正题。 首先我们搞清楚一个概念：什么是分子模拟对接。分子模拟对接简单来说就是利用电脑软件将受体蛋白与配体分子进行模拟对接，计算它们的结合能（KJ/MOL）大小来判断结合是否紧密，若结合效果比较理想，那么该蛋白受体或配体则是我们理想的分子，可以进一步进行实验室操作，避免盲目实验带来的人力经济损失。 接下来我将介绍一下本篇文章的主角，也是我们所要用到的软件PyRx、Chemdraw、AutodockTools以及PyMol。为了便于理解，简要概括之：Chemdraw为化合物分子绘图软件；PyRx为Autodock Vina算法搭载软件，能够调用其算法直接进行模拟对接；AutodockTools是PyMol为对接结果成像软件，可以进一步分析其结构。 下面正式进入正题，我将大致分为三个板块来进行推进：受体配体的准备；分子对接；结果分析。研究类型为：已知若干配体分子结构，通过受体蛋白测试配体分子活性。 本次筛选意在以COMT酶为受体，从20种与常见氨基酸形成环二肽的目标化合物中筛选出与COMT酶受体结合最为紧密的一种环二肽结构，大大减少了随机筛选的盲目性，有利于进一步研究该类化合物分子的生物学活性与改造成抗帕金森疾病前药的可能。图1展示了20种不同环二肽结构物质的统一结构，随着R基团的不同，所对应的氨基酸也不同。而表1则展示了20种不同环二肽的分子式。 图1 Cycol[DOPA（6-NO2）-AA]
分子动力学模拟
分子动力学模拟 分子动力学是一门结合物理，数学和化学的综合技术。分子动力学是一套分子模拟方法，该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。 这门技术的发展进程是： 1980年：恒压条件下的动力学方法（Andersenの方法、Parrinello-Rahman法） 1983年：非平衡态动力学方法(Gillan and Dixon) 1984年：恒温条件下的动力学方法（能势‐フーバーの方法） 1985年：第一原理分子动力学法（→カー?パリネロ法） 1991年：巨正则系综的分子动力学方法(Cagin and Pettit). 最新的巨正则系综，即为组成系综的系统与一温度为T、化学势为μ的很大的热源、粒子源相接触，此时系统不仅同热源有能量交换，而且可以同粒子源有粒子的交换，最后达到平衡，这种系综称巨正则系综。 进行分子动力学模拟的第一步是确定起始构型，一个能量较低的起始构型是进行分子模拟的基础，一般分子的其实构型主要是来自实验数据或量子化学计算。在确定起始构型之后要赋予构成分子的各个原子速度，这一速度是根据玻尔兹曼分布随机生成，由于速度的分布符合玻尔兹曼统计，因此在这个阶段，体系的温度是恒定的。另外，在随机生成各个原子的运动速度之后须进行调整，使得体系总体在各个方向上的动量之和为零，即保证体系没有平动位移。 由上一步确定的分子组建平衡相，在构建平衡相的时候会对构型、温度等参数加以监控。 进入生产相之后体系中的分子和分子中的原子开始根据初始速度运动，可以想象其间会发生吸引、排斥乃至碰撞，这时就根据牛顿力学和预先给定的粒子间相互作用势来对各个例子的运动轨迹进行计算，在这个过程中，体系总能量不变，但分子内部势能和动能不断相互转化，从而体系的温度也不断变化，在整个过程中，体系会遍历势能面上的各个点，计算的样本正是在这个过程中抽取的。 用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能，进而计算构型积分。 作用势的选择与动力学计算的关系极为密切，选择不同的作用势，体系的势能面会有不同的形状，动力学计算所得的分子运动和分子内部运动的轨迹也会不同，进而影响到抽样的结果和抽样结果的势能计算，在计算宏观体积和微观成分关系的时候主要采用刚球模型的二体势，计算系统能量，熵等关系时早期多采用Lennard-Jones、morse势等双体势模型，对于金属计算，主要采用morse势，但是由于通过实验拟合的对势容易导致柯西关系，与实验不符，因此在后来的模拟中有人提出采用EAM等多体势模型，或者采用第一性原理计算结果通过一定的物理方法来拟合二体势函数。但是对于二体势模型，多体势往往缺乏明确的表达式，参量很多，模拟收敛速度很慢，给应用带来很大困难，因此在一般应用中，通过第一性原理计算结果拟合势函数的L-J，morse等势模型的应用仍非常广泛。 分子动力学计算的基本思想是赋予分子体系初始运动状态之后，利用分子的自然运动在相空间中抽取样本进行统计计算，时间步长就是抽样的间隔，因而时间步长的选取对动力学模拟非常重要。太长的时间步长会造成分子间的激烈碰撞，体系数据溢出；太短的时间步长会降低模拟过程搜索相空间的能力，因此一般选取的时间步长为体系各个自由度中最短运动周期的十分之一。但是通常情况下，体系各自由度中运动周期最短的是各个化学键的振动，而这种运动对计算某些宏观性质并不产生影响，因此就产生了屏蔽分子内部振动或其他无关运动的约束动力学，约束动力学可以有效地增长分子动力学模拟时间步长，提高搜索相空间的能
常见的阴影计算模拟分析方法及其结果对比
常见的阴影计算模拟分析方法及其结果对比 作者：陆星光QQ:845064009 目前我们做光伏电站的前后排阵列阴影遮挡，障碍物阴影遮挡分析计算的时候，会采用各自的不同计算方法。本人对手头上现有的几种阴影模拟计算方法整理总结了一下，做了简单的使用介绍和对比分析。 这里我们以上海（纬度31.2度）为阴影分析地点，2米高且与水平面竖直90度角的墙作为遮挡障碍物来分析，这里考虑到正南正北朝向太简单了，我们选用障碍物朝向为南偏西45度。如下图所示的模型： 1.借助论坛上网友编制的公式表格计算（如光伏系统设计多功能软件——友哥、山 区型光伏电站布置间距计算，这里十分感谢周长友、蒋华庆等前辈大牛制作的表 格） 把以上的一些相关信息分别输入，得到以下结果：
光伏系统设计多功能软件——友哥的计算结果 （不得不说友哥的表格真心不错，功能齐全，适合各种间距计算需要，手动在蓝色区域里填写信息即可，这里我用了计算南北坡屋面计算的模块，由于障碍物垂直水平面，且南偏西朝向，所以手动做了一些数据模型优化处理） 2.使用CAD VBA的插件shadeobject，首先CAD里需要安装VBA,然后加载shadeobject 文件，加载完成即可使用。过程如下： 1）打开CAD,输入命令shr 2）输入纬度：31.2 3）选择点，这里我们随便选择一个点。 4）输入高度（这里的高度不是mm，而是需要转化过得到结果为167）167并回车 5）把得到的阴影旋转45°即可得到所需结果。最终阴影结果如下图
图中线为红色（夏至）7根，绿色（春分秋分）7根，浅蓝色（冬至）7根，同一颜色长短不一的7根射线分别代表那一天从左往右为上午9点、10点、11点、12点、13点、14点、15点时候的阴影长度。 3.使用pkpm里的一个功能模块sunlight软件做阴影计算分析（该软件可以集成在 pkpm中，也可以单独安装） 1）打开sunlight软件，新建工程。 2）使用矩形和拉伸命令绘制成模型。 3）把建好的模型转过45°角。如下图
分子动力学模拟-经验谈
分子动力学攻略 此文为dddc_redsnow发表于biolover上的关于分子动力学的系列原创文章，相当经典与精彩，特此将系列文章整合，一起转载，望学习动力学的新手们共同学习，提高进步，在此特向dddc_redsnow本人表示感谢。 动力学系列之一（gromacs，重发） 在老何的鼓励下，发一下我的gromacs上手手册（我带人时用的，基本半天可以学会gromcas） ###################################################### # Process protein files step by step # ###################################################### pdb2gmx -f 2th_cap.pdb -o 2th_cap.gro -p 2th_cap.top -ignh -ter nedit 2th_cap.top editconf -f 2th_cap.gro -o 2th_cap_box.gro -d 1.5 genbox -cp 2th_cap_box.gro -cs -p 2th_cap.top -o 2th_cap_water.gro make_ndx -f 2th_cap_water.gro -o 2th_cap.ndx genpr -f 2th_cap_water.gro -n 2th_cap.ndx -o 2th_cap_All.itp genpr -f 2th_cap_water.gro -n 2th_cap.ndx -o 2th_cap_M.itp genpr -f 2th_cap_water.gro -n 2th_cap.ndx -o 2th_cap_C.itp nedit Flavo.itp grompp -f em.mdp -c 2th_cap_water.gro -p 2th_cap.top -o prepare.tpr genion -s prepare.tpr -o 2th_cap_water_ion.gro -np 1 -pq 1 ##################################################### # Minimize step by step # # 1. minimization fixing whole protein # # 2. minimization fixing maincharin of protein # # 3. minimization fixing Ca of protein # # 4. minimization without fix # ##################################################### grompp -np 4 -f em.mdp -c 2th_cap_water_ion.gro -p 2th_cap.top -o minimize_water.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_water.tpr -o minimize_water.trr -c minimize_water.gro -e minimize_water.edr -g minimize_water.log & grompp -np 4 -f em.mdp -c minimize_water.gro -p 2th_cap.top -o minimize_sidechain.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_sidechain.tpr -o minimize_sidechain.trr -c minimize_sidechain.gro -e minimize_sidechain.edr -g minimize_sidechain.log & grompp -np 4 -f em.mdp -c minimize_sidechain.gro -p 2th_cap.top -o minimize_sidechain_ex.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_sidechain_ex.tpr -o minimize_sidechain_ex.trr -c minimize_sidechain_ex.gro -e minimize_sidechain_ex.edr minimize_sidechain_ex.log & grompp -np 4 -f em.mdp -c minimize_sidechain_ex.gro -p 2th_cap.top -o minimize_all.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_all.tpr -o minimize_all.trr -c minimize_all.gro -e minimize_allx.edr -g minimize_all.log&
分子模拟软件简介
3D分子图形显示工具 (RasMol and OpenRasMol)(免费) AMBER (分子力学力场模拟程序) autodock (分子对接软件)(免费) GROMACS (分子动力学软件)(免费) GULP (General Utility Lattice Program)(免费) NIH分子模拟中心的化学软件资源导航(Research Tools on the Web) X-PLOR (大分子X光晶体衍射、核磁共振NMR的3D结构解析)(免费) 高通量筛选软件PowerMV (统计分析、分子显示、相似性搜索 等)(免费) 化合物活性预测程序PASS(部分免费) 计算材料科学Mathub C4：Cabrillo学院化学可视化项目以及相关软件(免费) Databases and Tools for 3-D Protein Structure Comparison and Alignment(三维蛋白质结构对比)(免费) Democritus (分子动力学原理演示软件) DPD应用软件cerius2(免费) EMSL Computational Results DataBase (CRDB) MARVIN'S PROGRAM (表面与界面模拟)(免费) XLOGP(计算有机小分子的脂水分配系数)(免费) 量子化学软件中文网 美国斯克利普斯研究院：金属蛋白质结构和设计项目(免费) https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/(免费) 3D Molecular Designs (蛋白质及其他3D分子物理模型快速成型技术) 3D-Dock Suite Incorporating FTDock, RPScore and MultiDock (3D 分子对接)(免费)
分子模拟技术在炼油领域的应用
分子模拟技术在炼油领域的应用 摘要：分子模拟技术是近些年发展起来的一门新兴计算化学技术。本文简要介绍了近几年来分子模拟技术在炼油领域的应用，如炼油催化剂的开发、炼制过程反应化学研究以及油品添加剂分子设计等。分子模拟作为一种能模拟炼油过程细节的有效工具已经在炼油工业各个领域的研究中发挥了重大作用。 关键词：分子模拟技术；炼油领域；催化剂；反应化学；油品添加剂 1前言 20世纪80年代以来，随着计算机性能的提高以及各种计算化学方法的改进，分子模拟技术日渐成熟，并逐步发展成为人们进行科学研究的一项新的有效的工具。它借助计算机强大的计算能力和图像显示能力，从原子和分子水平上模拟分子的结构与行为，能够更好地帮助人们从微观角度认识物质的基本特征。分子模拟技术在炼油领域，如对各炼制过程核心转化规律的认识、渣油团聚物结构研究、油品添加剂分子设计以及分子筛催化剂等方面的应用，可以帮助研究人员更深人地理解所研究的体系，以便选择更合理的研发途径，更快地进行催化剂的改性和开发及改性以及油品添加剂新产品的研制，减少实验工作，推动炼油领域的技术进步。 2分子模拟技术简介 分子模拟是以计算机为工具，在原子水平上建立分子模型用以模拟分子的结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理化学性质。具体而言，就是先在计算机屏幕上构建分子模型，包括对所研究对象的原子位置的详细描述和建立分子间相互作用力方程，然后用恰当的统计力学关系对分子的位置和运动情况进行统计平均以求算所需的宏观性质。分子模拟技术包括量子力学、分子力学、蒙特卡洛和分子动力学等方法。 2.1量子力学方法 量子力学[1](QM)认为微观粒子运动服从Schrêdinger方程，分子或原子处于(稳)定态的Schrêdinger方程为本征值的方程：?7=E7。式中：?表示Hamilton
分子动力学模拟讲解
分子动力学模拟 一,软件： NAMD:https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/Research/namd/免费注册之后进行免费下载, 只需要下载解压不需要安装 VMD:https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/Research/vmd/免费,分子可视化和辅助分析软 件 二，分子动力学模拟需要的数据文件包括： (1)蛋白质的PDB文件，此文件只记录原子空间位置，能够从RCSB管理的PDB数据库(https://www.360docs.net/doc/06829066.html,/pdb/)下载。 (2)PSF文件，此文件负责储存蛋白质的结构信息，记录蛋白质原子之间的成键情况。用户需要根据自己要求生成该文件。 (3)力场参数文件。此文件是分子动力学模拟的核心。CHAYMM，X-PLOR，AMBER和GROMACS 是经常用到的四种力场。NAMD能够利用上述每一种力场执行分子动力学模拟。 (4)配置文件(configuration file)。此文件作用是告知NAMD分子动力学模拟的各种参数，例如PDB和PSF两个文件保存的位置，模拟结果储存在哪里，体系的温度是多少等等。此文件也是要用户根据需求自己生成。同一配置的电脑，蛋白质分子大小不同，模拟运行的时间也不同，通常大蛋白质需要较长的时间。 三．以蛋白质1L63为例给出操作说明。 在PDB数据库下载蛋白质1L63. 建立文件夹1L63，其中包括以下几个文件，其中.conf文件需要修改,下面第4步会讲到。 以下生成PSF文件： 1.单击VMD，file-New Molecule-打开Molecule File Browser对话框，单击Browse按钮，在文件浏览器中找到文件夹1L63,在此文件夹中选择1L63.pdb,单击Load按钮载入1L63.pdb 2.除去pdb文件中带有的水分子 单击Extension-TK Console，弹出VMD Tk Console窗口。 首先用cd命令改变当前目录到1L63文件夹下，然后输入下列命令： set L63[atomselect top protein] $L63writepdb L63p.pdb 这样，1L63文件夹下就生成了文件L63P.pdb。这一PDB文件仅包含蛋白质，不包含水分子。 3.生成psf文件。 注意，这里仅讲全自动的psf文件生成器，描述如下： 选择Extensions-Modeling-Automatic PSF Builder菜单项，点击左上角的Options,选择Add solvation box，和Add neutralizing ions,点击右下角的I’m feeling lucky按钮，
三种常用分子模拟软件介绍
三种常用分子模拟软件介绍 一、NAMD NAMD（NAnoscale Molecular Dynamics）是用于在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系的并行分子动力学代码。NAMD用经验力场，如Amber，CHARMM和Dreiding，通过数值求解运动方程计算原子轨迹。 1. 软件所能模拟的体系的尺度，如微观，介观或跨尺度等 微观。 是众多md 软件中并行处理最好的，可以支持几千个cpu 运算。在单机上速度也很快。 模拟体系常为为10,000-1,000,000 个原子。 2. 软件所属的类型，如MD，DPD，DFT，MC，量化，或交叉等 全原子md，有文献上也用它做过cgmd。 3. 软件能研究的相关领域，使用者的背景最好是？ 使用的力场有charmm,x-plor,amber 等，适合模拟蛋白质，核酸，细胞膜等体系。 也可进行团簇和CNT 系统的模拟 软件原理经典，操作简单。但需要对体系的性质足够了解。 4. 软件中主要涉及的理论方法范畴 经典的md，以及用多种方法计算自由能和SMD模拟。 数据分析时候一般很少涉及复杂的热力学和统计热力学的原理，但知道一些最好。
5.软件主要包含的处理工具 namd 是计算部分，本身不能建模和数据分析（unix 的哲学kiss）。但vmd 同namd 系出同门，已同namd 实现无逢链接。 vmd 的tcl 脚本一定要搞懂，别的就不多介绍了。[2] 6.与此软件密切相关的软件 vmd，及其他数据统计分析软件（excel，OOo-calc 等足够了）NAMD在window环境下的编译安装 1.下载NAMD_ 2.7b2_Win32 2.解压到任意目录下（建议最好直接是C：或D：下） 3.添加windows的环境变量：右键单击我的电脑----属性-----高级-----环境变量(在右下角)-----在系统的Path变量里添加你NAMD所在文件夹，比如我 的%SystemRoot%\system32;%SystemRoot%;%SystemRoot%\Syste m32\Wbem;C:\ProgramFiles\CommonFiles\ThunderNetwork\KanKan \Codecs; C:\NAMD_2.7b2_Win32 注意：添加的变量名称要和文件夹得名称一致（如果文件夹得名称你改为namd，那么变量名称为C：NAMD） 4.namd2.7需要后面跟conf 文件才可以正确运行，并且要在conf 文件所在目录执行命令。如：我的命令窗口显示C:\Documents and Settings\HP> 因此我的conf文件要放在C:\Documents and Settings\HP 这个文件夹下，然后执行命令C:\Documents and Settings\HP> C:\NAMD_2.7b2_Win32\namd2 da.conf 即可。 二、GROMACS
数量分析方法模拟试题三
商务统计方法模拟试题三 一、判断题 1、定义数据结构是在数据视窗中进行的。（） 2、在进行二项分布检验时，要求检验变量必须是二值变量。（） 3、Kendall相关系数适用于度量定类变量间的线性相关关系。（） 4、非参数检验要求样本来自的总体服从或近似服从正态分布。（） 5、配对样本中个案个数一定是相同的。（） 6、在SPSS数据文件中，一行代表一个个案（case）。（） 7、单样本t检验也可用于对总体比率进行检验。（） 8、在进行方差分析时，若总方差主要是由组内方差引起的，则会拒绝原假设。（） 9、二值变量序列中，游程数最小为1.（） 10、变量值越大，对应的秩就会越小。（） 二、单项选择题 1、SPSS数据文件默认的扩展名（） A、.sps B、.spo C、.sav D、.rtf 2、在SPSS的运行方式中，最常见，对初学者最适用的方式是（） A、程序运行方式 B、完全窗口菜单方式 C、混合运行方式 D、联机帮助方式 3、面对100份调查问卷，在进行SPSS数据输入时，应采用（） A、原始数据的组织方式 B、计数数据的组织形式 4、下列关于变量名的取名规则的说法，不正确的是（） A、变量名的字符数不能超过8个 B、变量名不区分大小写字母 C、“3G”是一个合法的变量名 D、变量名可以以汉字开头 5、在定义数据结构时，Label是指定义（） A、变量名 B、变量名标签 C、变量值标签 D、变量类型 6、“年龄”这个变量属于（） A、定类型变量 B、定序型变量 C、定距型变量 7、欲插入一个个案，应选择的一级菜单是（） A、File B、Edit C、View D、Data 8、在横向合并时，[Excluded V ariables]框中的变量是（） A、两个待合并的数据文件中的所有变量 B、合并后新的数据文件中包括的变量 C、合并后新的数据文件中不包括的变量 D、第二个待合并的数据文件中的变量 9、如果只想对收入大于5000或者职称不小于4级的职工进行计算，应输入的条件表达式是（） A、收入>5000or 职称>4 B、收入>5000and 职称>4 C、收入>5000 or not(职称>4) D、收入>5000 or not(职称<4) 10、希望从全部231个个案中随机选出32个个案，应采用的选取方式是（） A、指定条件选取 B、近似选取 C、精确选取 D、过滤变量选取 11、分类汇总中，默认计算的是各分类组的（）
随机模拟分析方法研究
题目：随机模拟方法研究 学生姓名吴含 学院名称建筑工程学院 专业水工结构工程 学号2014205151 随机模拟方法研究 摘要随机模拟方法，也称为蒙特·卡罗（MonteCarlo）方法。它的基本思想是：为了求解数学、物理、工程技术以及生产管理等方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解；然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似值。所谓随机模拟，是指根据收集的信息，人工合成反映变量Z(u)空间分布的模型，且该模型是可选的、高精度的和等概率的。本文根据文献及相关数据查阅，简单描述总结了随机模拟方法在地质建模、风险分析、水文随机模拟等领域中的一些应用。 1.随机模拟方法的起源及思想 随机模拟方法，或称蒙特卡罗(Monte Carlo)方法，是一种基于“随机数”的计算方法。二十世纪四十年代中期，由于科学技术的发展和电子计算机的发明，蒙特卡罗方法作为一种独立的方法被提出来，这一方法源于美国在第二次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”。该计划的主持人之一、数学家冯·诺伊曼用驰名世界的赌城—摩纳哥的Monte Carlo—来命名这种方法，为它蒙上了一层神秘色彩。 Monte Carlo方法的基本思想很早以前就被人们所发现和利用。早在17世纪，人们就知道用事件发生的“频率”来决定事件的“概率”。19世纪人们用投针试验的方法来决定圆周率π。本世纪40年代电子计算机的出现，特别是近年来高速电子计算机的出现，使得用数学方法在计算机上大量、
快速地模拟这样的试验成为可能。 考虑平面上的一个边长为1的正方形及其内部的一个形状不规则的“图形”，如何求出这个“图形”的面积呢？Monte Carlo方法是这样一种“随机化”的方法：向该正方形“随机地”投掷N个点，有M个点落于“图形”内，则该“图形”的面积近似为M/N。 可用民意测验来作一个不严格的比喻。民意测验的人不是征询每一个登记选民的意见，而是通过对选民进行小规模的抽样调查来确定可能的优胜者。其基本思想是一样的。 科技计算中的问题比这要复杂得多。比如金融衍生产品（期权、期货、掉期等）的定价及交易风险估算，问题的维数（即变量的个数）可能高达数百甚至数千。对这类问题，难度随维数的增加呈指数增长，这就是所谓的“维数的灾难”(Course Dimensionality)，传统的数值方法难以对付（即使使用速度最快的计算机）。Monte Carlo方法能很好地用来对付维数的灾难，因为该方法的计算复杂性不再依赖于维数。以前那些本来是无法计算的问题现在也能够计算量。为提高方法的效率，科学家们提出了许多所谓的“方差缩减”技巧。 另一类形式与Monte Carlo方法相似，但理论基础不同的方法—“拟蒙特卡罗方法”(Quasi-Monte Carlo方法)—近年来也获得迅速发展。我国数学家华罗庚、王元提出的“华—王”方法即是其中的一例。这种方法的基本思想是“用确定性的超均匀分布序列(数学上称为Low Discrepancy Sequences)代替Monte Carlo方法中的随机数序列。对某些问题该方法的实际速度一般可比Monte Carlo方法提出高数百倍，并可计算精确度。 蒙特卡罗方法在金融工程学，宏观经济学，计算物理学(如粒子输运计算、量子热力学计算、空气动力学计算)等领域应用广泛。 2随机模拟方法介绍 2.1随机模拟方法基本原理 由概率定义知，某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算，当样本容量足够大时，可以认为该事件的发生频率即为其概率。因此，可以先对影响其可靠度的随机变量进行大量的随机抽样，然后把这些抽样值一组一组地代入功能函数式，确定结构是否失效，最后从中求得结构的失效概率。蒙特卡罗法正是基于此思路进行分析的。 X(i=1，2，3，…，k)，它们对应的概率密度设有统计独立的随机变量 i
分子模拟一般性步骤
Below is presented a generalised procedure for performing a simulation. The exact steps and processes involved will vary depending on exactly what is being attempted. Use as a general guide only! 1> Clearly identify the property / phenomena of interest to be studied by performing the simulation. 2>Select the appropriate tools to be able to perform the simulation and observe the property / phenomena of interest. It is important to read and familiarise yourself with publications by other researchers on similar systems. Tools include: - software to perform the simulation with, consideration of force field may influence this decision. - force field which describes how the atoms / particles within the system interact with each other. Select one that is appropriate for the system being studied and the property / phenomena of interest. Very important and non-trivial step! 3>Obtain / generate the initial coordinate file for each molecule to be placed within the system. 4>Generate the raw starting structure for the system by placing the molecules within the coordinate file as appropriate. Molecules may be specifically placed or arranged randomly. 5>Obtain / generate the topology file for the system, using (for example) pdb2gmx, PRODRG or your favourite text editor in concert with chapter 5 of the GROMACS Manual. 6>Describe a simulation box (e.g. using editconf) whose size is appropriate for the eventual density you would like, fill it with solvent (e.g. using genbox), and add any counter-ions needed to neutralize the system (e.g. using grompp and genion). In these steps you may need to edit your topology file to stay