AMBER 分子动力学能量优化与分析、结合自由能计算

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。

AMBER 程序入门学会编译方法，安装自己的 AMBER 可执行程序开始，依次讲授研究对象模型的获取与构建-体系预处理、能量优化、分子动力学模拟结果评估、结合自由能计算、相互作用机理分析、可视化、轨迹特征获取，并对经典文献进行复现分析等。

一. . 分子动力学入门理/ / 论

教学目标：了解本方向内容、理论基础、研究意义。

1 1 分子力学简介

1.1 分子力学的基本假设

1.2 分子力学的主要形式

2 2 分子力场

2.1 分子力场的简介

2.2 分子力场的原理

2.3 分子力场的分类及应用

二. . LINUX 入门

教学目标：掌握数值计算平台，熟悉计算机语言，能够使用vim编辑器简单编辑文件

3 LINUX 简介

3.1 用户属组及权限

3.2 目录文件属性

3.3 LINUX基础命令

3.4 LINUX环境变量

3.5 shell常用命令练习

三. . AMBER 简介及安装

教学目标：了解Amber软件历史发展，熟悉安装环境，支撑环境编译。

4 AMBER 简介和安装

4.1 GCC简介及安装

4.2 Open MPI简介及安装

4.3 AMBER安装运行

4.4 LIUUX操作练习

四. . 研究对象模型获取

教学目标：如何确立研究对象，熟悉蛋白数据库的使用，如何对研究对象建模。

5 模型文件的预处理

5.1 模型来源简介

5.2 蛋白文件简介

五. . 研究对象模型构建

教学目标：熟悉模型预处理流程,掌握输入文件的编写，能够独立完成体系动力学之前的准备工作。

6 模型文件的预处理

6.1 蛋白预处理

6.2 小分子预处理

6.3 AMBER力场简介

6.4 拓扑文件、坐标文件简介

6.5 top、crd文件的生成

6.6 tleap模块的使用

案例实践：

 HIV-1复合物的预处理

六. . 分子动力学模拟

教学目标：分子动力学流程，AMBER软件动力学原则，完成分子动力学模拟的操作练习。

7 能量优化、分子动力学模拟

7.1 能量优化意义以及方法

7.2 模拟温度调节意义及方法

7.3 溶剂模型分类及选择

7.4 动力学模拟输入文件的编写

7.5 运行分子动力学模拟

7.6 输出内容解读

7.7 练习答疑

案例实践：

 HIV-1复合体系能量优化、分子动力学模拟

七. . 结合自由能计算

教学目标：熟悉结合自由能计算的意义、MMPBSA方法以及流程。

8 焓变计算

8.1 实验数据分析及检索

8.2 MM/PBSA结合自由能计算原理

8.3 GB模型讲解及分类

8.4 焓变输入文件的编写

8.5 焓变结果解读

9 熵变计算

9.1 Nmode计算熵变原理

9.2 熵变输入文件的编写

9.3 熵变结果解读

9.4 实验值与理论值对照分析

案例实践：

 HIV-1与抑制剂之间结合自由能计算

八. . 可视化软件

教学目标：熟悉可视化软件获取渠道、软件安装以及基本使用，采用可视化软件辅助科研工作。

10 10 3D 3D 可视化分析

10.1 VMD安装和使用

10.2 Pymol 安装和使用

九. . 基于分子动力学的轨迹特征获取

教学目标：从动力学模拟出的构象出发，洞悉构象转变，解释实验想象，预测实验结果

11 11 构象分析 构象分析

11.1 RMSD分析

11.2 B-Factory 分析

11.3 RMSF分析

11.4 RG分析

11.5 VMD动画展示

11.6 距离角度测量

11.7 溶剂可及表面积（SASA）

十. . 基于能量的相互作用机理分析

教学目标：从能量角度出发，分析分子间、残基间、重要基团间相互作用机理，对实验提供理论指导

12 12 能量分析 能量分析

12.1 残基分解（相互作用分析）

12.2 丙氨酸扫描（寻找热点残基）

12.3 氢键网络（盐桥，pi-pi共轭等其它相互作用）

12.4 练习答疑

十一. . 经典工作复现

教学目标：引导初学者了解本方向中经典工作，复现工作中重要分析手段，加深同学对本方向的理解。

13 经典文献工作复现( ( 请同学在课前自行下载仔细阅读) )

13.1 Nanoscale 2020, 12, 7134−7145.

(a) (a) RMSD RMSD 和 2D_RMSD 检验模拟的稳定性

(b) (b) 结合自由能的对比与分析 结合自由能的对比与分析

© © 热力学积分计算相对结合自由能 热力学积分计算相对结合自由能

(d) (d) 氢键网络分析 氢键网络分析

(e) (e) 残基分解预测热点氨基酸 残基分解预测热点氨基酸

13.2 J. Chem. Inf. Model. 2021, 61, 7, 3529–3542

(a) 丙氨酸扫面预测热点氨基酸

(b) 残基接触（ contact ）分析

© 温度因子分析（B B- - facter ）分析

(d) 溶剂可及表面积分析

(e) 伞状采样动力学再现解离机制

13.3 练习答疑