分子模擬 – 分子動力學模擬

分子模擬研究的軟體選擇

評估體系：在分子模擬前先思考要模擬的分子是什麼？模擬分子的目的為何？
及該如何進行實驗？
選擇工具：目前在學術上有多種不同的分子模擬工具，而每種工具所適用的分子或環境皆不盡相同，因此此步驟最主要的目的為選擇適合的分子模擬工具，使實驗可以更接近實際的狀況，工具的選擇又可分為

選擇軟體：此部分可以分為蛋白質體系、DNA/RNA體系、界面體系、材料體系，根據實驗模擬的分子選擇相對應的體系尋找適當的模擬系統。

選擇力場：常見的力場有全原子力場、聯合力場及粗粒化力場，其主要是在描述體系中最小單位間的相互作用。

GROMACS的運行過程

前處理：此階段主要需要蒐集待模擬的目標分子之拓譜文件、平衡參數及座標文件…等，以提供模擬時的依據。
- 初始結構：藉由實驗數據或其他的工具得到欲模擬之分子的初始結構坐標文件，之後將分子依照一定的規則或隨機的方式將其放在一起，以得到整體的初始結構，而其亦為我們在模擬時所要輸入的結構文件。
- 輸入參數：針對模擬的體系，選擇包括電荷、鍵合參數、非鍵參數…等函數，作為力場參數的輸入文件。
- 確定盒子：依據實際體系的大小，針對可行性及合理性評估得到分子在模擬系統中盒子的大小。
模擬：為使系統進行一連串的運算並進行能量最小化，以計算出分子模擬之平衡的狀態。
- 能量最小化：因為在初始結構中可能會存在兩個原子靠得太近的情況，故在模擬之前須對體系進行能量最小化。
  常見的能量最小化的方式有兩種，最速下降法及共軛梯度法，
  此兩種方法各有優缺點，在一般的應用下會先利用最速下降法優化後再以共軛梯度法再優化一次，以確保往後的模擬可以順利的進行。
- 平衡模擬：判斷體系是否已達到平衡是比較技術性的問題，但主要可利用以下幾點作為判斷的依據
  1. 看能量(勢能、動能和總能)是否下降
  2. 看體系壓力的強度、密度…等是否下降
  3. 看體系的RMSD是否達到可接受的範圍
  4. 其他經驗

後處理：在模擬結束後GROMACS會產生一系列的文件，使我們可得知並分析分子模擬的結果。

成品模擬：經由系統的計算，確定以重複出現感興趣的現象或性質後，收集模擬之數據。

數據分析：利用一些可將文件呈現動態畫面的軟體，觀察並分析該現象之中的原理。

參考資料

http://jerkwin.github.io

http://baike.baidu.com/item/GROMACS

目前學術上關於分子模擬的電腦軟體有非常多種，而不同的模擬系統所針對的分子模擬特性及環境也不大相同，因此在進行模擬前須先選擇適合的工具，才能使實驗能更接近實際的情形。

在此將介紹的分子模擬系統為「Gromacs系統」

Gromacs系統，全名為Groningen Machine for Chemical Simulations，是於1991年由荷蘭的Groningen大學生物物理學化學學系所開發，並由Groningen大學、Uppsala大學、Stockholm大學及Max Planck 高分子研究所共同維護[1]，主要是適用於研究生物分子體系的分子動力學系統[2]，可用於計算分子動力學和進行能量最小化，其特點為可以很快的計算且靈活的加入實驗中需要設定的特定參數，以此運算出分子構型的最低能量狀態，而使我們得知分子在特定環境下可能的構型為何。

GROMACS 雖然作為分子動力學模擬的重要軟體之一，但其實其不具有特殊的力場，其力場與OPLS、 AMBER還有 ENCAD等軟體通用[1]，故其為一個非常靈活且相對容易操作的分子模擬軟體系統。

GROMACS 為一免費的軟體可在網站www.gromacs.org 中下載。

參考資料

[1] Van Der Spoel, D., Lindahl, E., Hess, B., Groenhof, G., Mark, A. E., & Berendsen, H. J. (2005). GROMACS: fast, flexible, and free. Journal of computational chemistry, 26(16), 1701-1718.

[2] http://wenku.baidu.com/view/ed9d4610f18583d0496459a9.html

標籤：分子模擬

分子模擬系統應用的基本流程

分子模擬的介紹