作者Evil Genius这一篇我们继续分子动力学。以前高中不知道学的那些东西有什么用现在多多少少知道一些了生物这个学科必须交叉生物物理、生物化学、计算生物学、生物信息学等才是正确的出路。自由能是指在某一个热力学过程中系统减少的内能中可以转化为对外做功的部分它衡量的是:在一个特定的热力学过程中系统可对外输出的“有用能量”。自由能是物理化学上讲的首先要明确一点自由能是自发过程的判据:一个过程的自由能降低就能自发进行;能自发进行的过程其自由能必然降低。结合自由能变化结合能(内能)变化熵能变化例如:ΔAΔU-TΔS备注:-TΔS分子结合后熵降低即混乱程度降低对应的熵能增加所以公式里TΔS是负的。结合能ΔU是结合自由能ΔA的一部分另一部分是熵能TΔS变化。上述内容考察的是一个等温的过程更加具体的的过程可以分为等温等容的过程和等温等压的过程。等温等容过程中ΔA称为亥姆霍兹自由能(Helmholzfreeenergy)亦称亥姆霍兹函数又称为功函(workfunction)它显然是体系的状态函数。在等温等容过程中在无其他功时亥姆霍兹自由能可逆的过程中保持不变在不可逆的总是减少直到最小时体系达到平衡。等温等压过程中ΔG称为吉布斯自由能(Gibbsfreeenergy)。体积要变化多出一项对外做功PΔV。ΔG AH-TΔS (HUPV)在等温过程等压中在无其他功时Gibbs自由能可逆的过程中保持不变在不可逆的总是减少直到最小时体系达到平衡。自由能分类具体是什么自由能取决于你模拟使用什么系综NVT还是NPT。GAPV(P为压力V为体积)。在生物的动力学反应中因为Δ(PV)可以忽略不计所以两者是相同的。计算结合自由能的意义反映结合亲和力用于评价结合强度。结合自由能越负值,表明结合亲和力越强。预测结合平衡常数,进而分析结合对平衡的影响。比较不同配体与受体的相对结合能力为药物设计提供指导。分析关键残基对结合贡献指导突变实验设计。计算溶剂化自由能变化了解溶剂效应对结合的影响。计算配体结构变化对结合自由能的影响为优化结构提供参考。常用来做结合自由能计算的就是MM/PB(GB)SA。该方法全称分子力学/泊松-波尔兹曼(广义波恩)表 面 积 (Molecular Mechanics / Poisson Boltzmann(Generalized Born) Surface Area)。顾名思义该方法将结合自由能拆分成分子力学项和溶剂化能分别计算。基本原理计算两个溶剂化分子在结合(bound)和游离(unbound)状态的结合自由能之差或者比较同一个分子不同的溶剂化构象的自由能。将溶剂中的总结合自由能分拆成分子力学项(真空中的结合自由能)和溶剂化能两部分分别计算.分子力学项溶剂化能最后进行合并PB VS GB静电力学项计算不同:PBSA通过Poisson-Boltzmann方程;GBSA通过Born模型近似。PBSA计算耗时,但考虑溶剂化和离子效应;GBSA计算快,但近似处理溶剂化。PBSA更适合处理生物分子间相互作用;GBSA也可用于小分子和药物分子。PBSA可提供绝对结合自由能值;GBSA通常给相对结合自由能。PBSA可考虑多组分溶解环境;GBSA多应用于单溶剂水溶液。总体而言,PBSA理论上更准确全面,但计算量大;GBSA计算更高效,但存在一定近似。两者互补应用可获得生物分子结合自由能信息。输入文件1.生成tpr文件(md_0_1.tpr)预平衡;2.运行成品模拟得到xtc轨迹文件(md_0_1.xtc):3.生成ndx文件(index.ndx)蛋白(Protein)配体(MOL)。也可以代表任意分子比如两个有机小分子而不一定就是蛋白和配体;索引组只能存在一个该名称选项4.处理轨迹(md_0_1_noPBC.xtc)。如果存在二聚体团簇等情况确保组成的原子间没有分离即处理好体系的周期性。计算参数step0#计算MMPBSA时从轨迹的第几步开始运行gmxgmx’#gromacs运行的路径以及程序一般配置环境变量后只输入gmx即可dump“$gmx dump”#将二进制的tpr文件转化成文本文件以便抽取所需的参数.采用这种方法可以避免版本不兼容的问题因此也就可以支持任意版本的GROMACStrjconv“$gmx trjconv -dt 1000”#用于处理轨迹的周期性叠合问题尽量自己处理完成特别是在需要对周期性进行特殊处理的情况下;使用-dt可以减少输出中的帧数converttpr“$gmx convert -tpr#生成计算适合的体系组分的tpr文件apbs/data1_nvme/APBS-3.0.0.Linux/bin/apbs #apbs程 序 的绝对路径PBSA部分的计算是借助APBS程序完成因此在使用gmx_mmpbsa前必需安装好APBS程序了解静电相互作用对于研究生物分子过程是必不可少的。通过结构基因组学和其他努力蛋白质和其他生物聚合物的结构正以越来越快的速度被确定。为了将这些信息整合到药物发现或其他应用的物理模型中需要有能力评估生物聚合物内部和之间的能量相互作用。在分子能量学的各种组分中溶剂化性质和静电相互作用特别重要因为这些相互作用的范围很长而且典型的生物聚合物组分具有大量的电荷。APBS解决了大型生物分子组合的连续统静电方程。主要运行过程其他参数主要是APBS计算所用的极性参数非极性参数网格参数一般无需更改太多脚本首先处理轨迹:1.完整化;2.居中叠合.之后将构型输出到pdb文件。脚本其次抽取tpr中的原子信息存放在qrv文件中。主要是复合物中每个原子的电荷半径L参数以及残基信息。脚本根据pdb文件中原子的坐标获取APBS网格参数并将每帧构型输出到APBS所需的pqr文件同时生成APBS输入文件*.apbs.然后调用APBS计算每帧构型对应的apbs文件并计算极性PB,非极性SA部分的贡献再计算MM贡献同时进行残基分解输出结果。生活很好有你更好。