分子力学简介_物理_自然科学_专业资料.ppt

分子力学:基本原理及应用简介
邵强
药物发现与设计中心
中科院上海药物所

分子模拟包括四种方法:
量子力学法
蒙特卡洛法
分子力学法
分子动力学方法
1. 分子模拟简介
分子模拟法是用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理与化学性质。
分子模拟不但可以模拟分子的静态结构,也可以模拟分子的动态行为(分子链的构象、分子的吸附、分子的扩散以及相互作用)。
原子结构
模拟电子云
薛定谔方程
能量性质,化学键等信息
量子化学计算:
一般处理几个到几十个原子常见软件:
GAUSSIAN, NWCHEM…
密度泛函(DFT):
可以算到上百个原子
常见软件:VASP
量子力学模拟:ab initio
实际上,许多希望用分子模拟方法解决的问题,对于量子力学方法来讲,体系过大而无法处理。
因为量子力学面对体系中的电子,即便是忽略一些电子的半经验方法仍然要处理大量的粒子,因而对大的体系难以实现。
分子力学方法
分子力学从本质上说是能量最小值方法,即在原子间相互作用势的作用下, 通过改变粒子分布的几何位型, 以能量最小为判据, 从而获得体系的最佳结构。
分子力学忽略电子的运动,只计算与原子核位置相关的体系能量。分子力学认为分子体系的势能函数是分子体系中原子位置的函数,将分子体系作为在势能棉上运动的力学体系来处理,求解的是经典力学方程,而不是量子力学的薛定谔方程。
分子力学可以求得分子的平衡结构和热力学性质,但不能得到分子体系与电子结构相关的其他性质。
Karplus、Levitt、Warshel工作的突破意义在于设法让量子力学和分子力学结合在化学过程的建模之中,实现复杂化学系统的多尺度模拟。
量子力学/分子力学联用方法(QM/MM)
分子动力学模拟
分子力学生成分子力场
蒙特卡洛模拟
分子对接
人类认识客观世界是通过实验方法与理论方法来实现的。而计算机模拟被称为是人类认识客观世界的第三种方法。
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分子模拟的意义
实验方法研究生物体系的动态运动
X射线晶体分析(X-ray crystallography)
只能提供蛋白质的静态结构
时间分辨X射线方法( Time-resolved X-ray)
对研究体系有很强的限制性
核磁共振(NMR)
目前只能应用于较小的体系
荧光共振能量转移技术(FRET)