泛素蛋白的操控式分子动力学模拟

实验目的:

了解分子模拟对研究生物大分子体系的重要性，学习分子模拟生物大分子结构性质的原理与方法

学习并理解分子动力学模拟方法，掌握分子动力学模拟的基本条件，学会分子动力学模拟的实现与运用

实验原理：

蛋白质分子是由原子组成的，构成蛋白质分子的原子在不断的运动，这些原子之间存在化学键、原子间相互作用，它们相互作用、相互影响，任何一个原子都是在其他原子所共同形成的作用力场中存在和运动，这种作用力决定了蛋白质分子的基本结构与性质。这样，原子的运动不仅取决于原子本身，还受到其他原子的共同制约。 分子动力学计算的基本原理是利用牛顿第二运动定律，先由原子的位置和势能函数得到各原子所受的力和加速度，预测一段时间后原子的位置和速度，重复再次计算力和加速度，预测再一段时间后各原子的位置和速度，如此可得到系统中各原子的运动轨迹及各种动态信息。

计算机与软件：

高性能计算机、Linux操作系统，NAMD分子模拟软件，VMD分子图形显示软件，MD轨迹分析计算程序。

实验步骤：

总体流程：查阅文献→选择体系→获得原始pdb文件→NAMD预处理→Solvating the Protein→Minimization→Equilibration→Analysis确定施力范围、点pcv→Analysis and Movie→Conclusion 1. 2. 3. 4.

载入UBQ原始构型，对之进行预处理，生成MD模拟的初始文件 对UBQ在真空中进行平衡模拟 提取UBQ的平衡构型

对UBQ的平衡构型进行SMD的恒速拉伸动力学模拟

数据记录与处理

1. 提取各项能量值

2. 显示整个平衡过程中体系的原子均方根偏离变化图形 3. 对SMD模拟结果进行处理

实验结果

1.各项能量值

系统总动能如图1所示

1200110010009008007006000150300450600750900 图1 系统总动能

系统静电能如图2所示

-21000-2300-2500-2700-2900-31001002003004005006007008009001000 图2系统静电能

系统总能量如图3所示

0-1000-200-300-400-500-600-700-800-900-10001002003004005006007008009001000图3 系统总能量

2.均方根偏离变化图形

excel打开rmsd.dat作图，得图4

2.521.510.50020040060080010001200 图4均方根偏离变化图形

3．SMD模拟结果

C-C距离随时间变化如图5所示

图5 C-C距离随时间变化

施加于SMD原子上的力曲线如图6所示

3000250020001500100050000-5005001000150020002500300035004000 图6 施加于SMD原子上的力

思考题：

本实验应注意的问题

认真思考每一部分的代码是对应于在模拟中做了什么工作，在输入代码时仔细，不要输入错误，同时应学习Linux系统的使用

怎样理解时间平均等效于系综平均

从概率角度，例如抛硬币，一个硬币抛十次等效于十个硬币抛一次，故而10个1ns的模拟等效于1个10ns