分子模拟主要方法简介.pptVIP

Boltzman跳跃法 Boltzman跳跃方法是蒙特卡罗方法的一种。先是规定一个新位形，然后通过随机变化指定的二面角产生一个新位形，计算两者之间的势能差。是否接受这一新位形用势能权重的Metropolis标准进行判断。 MD与MC的比较及杂化的蒙特卡罗法 MD法与MC法的比较示意图 杂化的蒙特卡罗法 (HMC) 不同模拟方法对构象跳跃的影响 模拟的温度均为600K。从模拟的结果看，BJ法是在同样长度的一个模拟周期内跳跃次数最多的方法。HMC其次。sumd方法倒数第二。 BJ方法最快其实也比较好理解，因为它完全是通过直接改变二面角来实现的。HMC方法由于在模拟的过程中加大了模拟的时间步长，所以相应的相空间有哪些信誉好的足球投注网站速率也有所提高。尽管单纯的sumd方法给出的结果并不好，然而我们并不能因此就舍弃sumd方法，因为它能直接而且准确地给出构象的热力学分布情况(即构象机率)。 其他的模拟方法 随机动力学模拟 (SD) 随机动力学模拟是MD的一种变形。在用MD方法模拟蛋白质在水溶液中的行为时，大量计算往往用于计算水－水相互作用。因此可将溶剂对蛋白质的作用，用用溶剂对蛋白质的平均作用势，随机碰撞力和摩擦力来近似，即用朗之万方程代替牛顿方程， 或用布朗运动方程代替牛顿方程，这就是随机动力学模拟。 模拟退火法 (Simulated Annealing) 模拟退火是一种使体系温度在一定时间内循环变化的分子动力学实验。它为寻找最低能量构象提供了一种新方法。首先，分子在某一足够克服扭曲能垒的初始高温下运动，以改变分子的初始状态。经一定退火时间使体系温度逐渐降低到某一终止温度达稳定状态，记录分子构象。多次重复上述过程，从而得到分子的构象集，进而从中选出最低能量的构象。 遗传算法是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存，优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机化有哪些信誉好的足球投注网站方法。它是由美国的J.Holland教授1975年首先提出，其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的有哪些信誉好的足球投注网站空间，自适应地调整有哪些信誉好的足球投注网站方向，不需要确定的规则。遗传算法的这些性质，已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。它是现代有关智能计算中的关键技术之一。 遗传算法 (Genetic Algorithm) 量子力学(QM)和分子力学(MM)或分子动力学(MD)相结合的计算方法(QM/MM模型) 在研究生物大分子体系的相互作用时，有时要牵涉到化学键的生成和断裂，如酶催化反应机理的理论研究。分子力学方法虽然在近几年来也在发展过渡态结构的优化方法，但由于其本身原理的限制，效果不佳。所以酶催化反应机理的理论研究还是要用量子力学方法来计算。上文已提到，QM所能计算的体系比较小，像对酶这样的大分子，目前的计算水平还不能实现。因此，最近发展了量子力学和分子力学或分子动力学相结合的计算方法(QM/MM模型)。QM/MM模型的基本思想是：将所要研究的体系分成两部分，即量子力学部分和分子力学部分，在QM和MM之间有一相互作用部分QM/MM。在计算过程中就生物大分子的活性部位用量子力学计算，而将生物大分子的其他部位(包括溶剂)用分子力学、分子动力学或自由能微扰法(FEP)计算。 QM/MM计算模型示意图 QM/MM模型被广泛地应用于酶催化机理的理论研究、溶剂效应的理论计算以及其他配体－受体的相互作用。 ?相关的模拟、检索及计算的方法还有很多，如经验价键理论(EVBT)、自由能微扰法(FEP)、SIBFA ( sum of interaction between fragments computed ab initio )计算方法等。在这就不一一介绍了。 学科的应用及前景 MD法求扩散系数 扩散系数是最简单的输运性质之一。它是一个集合行为的体现。扩散行为的研究能提供有关分子间相互作用以及体系局部性质的信息.分子动力学的轨迹包含了详细的每个原子的位置和速度随时间演化的过程。因此,我们可以用来计算分子的扩散系数。 根据Einstein 定理, (1) → 其中v是分子质心平动速度。 由上式我们就可以计算出扩散系数。 而由自相关函数,我们容易得到, 根据久保公式, (2) (3) (4) 把(4)代入(1)得到, 分子动力学模拟的流程图如下。我采取的是非限制性的单温模拟方案,模拟的温度是298K。接着用半径为15?的由450个水分子组成的球体对葡萄糖分子进行溶剂化,再对溶剂化的?-D-葡