分子动力学模拟是分子模拟中最接近实验条件的模拟方法，能够从原子层面给出体系的微观演变过程，直观的展示实验现象发生的机理与规律，促使学术研究向着更高效、更经济、更有预见性的方向发展。可以解决和研究DNA的折叠和性质、蛋白与配体的识别机制、跨膜蛋白的工作机理、蛋白酶与底物的反应、蛋白与蛋白的耦合、比较野生型与突变蛋白的不同特性等。

课程从AMBER程序入门，安装自己的AMBER可执行程序开始，依次讲授研究对象模型的获取与构建-体系预处理、能量优化、分子动力学模拟结果评估、结合自由能计算及增强采样方法、相互作用机理分析、可视化、轨迹特征获取，并对经典文献进行复现。

讲师：

省重点高校特聘教授、省优青团队人员，研究团队在国际知名期刊发表SCI论文50余篇。其中以第一作者发表的两篇JACS属于本领域顶级TOP期刊(一区论文，IF: 14.612)。主持国家自然科学基金及省部级课题多项。主要从事生物分子量化计算和分子动力学模拟研究，在动力学模拟、量化计算、结合自由能计算等积累了丰富的经验。

AMBER分子动力学能量优化与分析、结合自由能计算技术与应用
一. 分子动力学入门理/论

教学目标：了解本方向内容、理论基础、研究意义。

1. 分子力学简介

1.1 分子力学的基本假设

1.2 分子力学的主要形式

2. 分子力场

2.1 分子力场的简介

2.2 分子力场的原理

2.3 分子力场的分类及应用

二. LINUX入门

教学目标：掌握数值计算平台，熟悉计算机语言，能够使用vim编辑器简单编辑文件。

1 LINUX 简介

1.1 用户属组及权限

1.2 目录文件属性

1.3 LINUX基础命令

1.4 LINUX环境变量

1.5 shell常用命令练习

三. AMBER简介及安装

教学目标：了解Amber软件历史发展，熟悉安装环境，支撑环境编译。

1 AMBER简介和安装

1.1 GCC简介及安装

1.2 Open MPI简介及安装

1.3 AMBER安装运行

1.4 LIUUX操作练习

四. 研究对象模型获取

教学目标：如何确立研究对象，熟悉蛋白数据库的使用，如何对研究对象建模。

1 模型文件的预处理

1.1 模型来源简介

1.2 蛋白文件简介

五. 研究对象模型构建

教学目标：熟悉模型预处理流程，掌握输入文件的编写，能够独立完成体系动力学之前的准备工作。

1 模型文件的预处理

1.1 蛋白预处理

1.2 小分子预处理

1.3 AMBER力场简介

1.4 拓扑文件、坐标文件简介

1.5 top、crd文件的生成

1.6 tleap模块的使用

案例实践：

HIV-1复合物的预处理

六. 分子动力学模拟

教学目标：分子动力学流程，AMBER软件动力学原则，完成分子动力学模拟的操作练习。

1 能量优化、分子动力学模拟

1.1 能量优化意义以及方法

1.2 模拟温度调节意义及方法

1.3 溶剂模型分类及选择

1.4 动力学模拟输入文件的编写

1.5 运行分子动力学模拟

1.6 输出内容解读

1.7 练习答疑

案例实践：

HIV-1复合体系能量优化、分子动力学模拟

七. 结合自由能计算

教学目标：熟悉结合自由能计算的意义、MMPBSA方法以及流程。

1 焓变计算

1.1 实验数据分析及检索

1.2 MM/PBSA结合自由能计算原理

1.3 GB模型讲解及分类

1.4 焓变输入文件的编写

1.5 焓变结果解读

2 熵变计算

2.1 Nmode计算熵变原理

2.2 熵变输入文件的编写

2.3 熵变结果解读

2.4 实验值与理论值对照分析

案例实践：

HIV-1与抑制剂之间结合自由能计算

八. 可视化软件

教学目标：熟悉可视化软件获取渠道、软件安装以及基本使用，采用可视化软件辅助科研工作。

1 3D可视化分析

1.1 VMD安装和使用

1.2 Pymol 安装和使用

九. 基于分子动力学的轨迹特征获取

教学目标：从动力学模拟出的构象出发，洞悉构象转变，解释实验想象，预测实验结果

1 构象分析

1.1 RMSD分析

1.2 B-Factory 分析

1.3 RMSF分析

1.4 RG分析

1.5 VMD动画展示

1.6 距离角度测量

1.7 溶剂可及表面积（SASA）

十. 基于能量的相互作用机理分析

教学目标：从能量角度出发，分析分子间、残基间、重要基团间相互作用机理，对实验提供理论指导

1 能量分析

1.1 残基分解（相互作用分析）

1.2 丙氨酸扫描（寻找热点残基）

1.3 氢键网络（盐桥，pi-pi共轭等其它相互作用）

1.4 练习答疑

十一. 经典工作复现

教学目标：引导初学者了解本方向中经典工作，复现工作中重要分析手段，加深同学对本方向的理解。

1 经典文献工作复现(请同学在课前自行下载仔细阅读)

1.1 Nanoscale 2020, 12, 7134−7145.

(a) RMSD和2D_RMSD检验模拟的稳定性

(b) 结合自由能的对比与分析

© 热力学积分计算相对结合自由能

(d) 氢键网络分析

(e) 残基分解预测热点氨基酸

1.2 Phys.Chem.Chem.Phys. 2019. 21 (39),22103:22112

(a) 蛋白结构的同源建模

(b) 复合物构型的聚类分析

© 结合自由能的计算与对比

(d) QM-MM/GBSA方法的自由能计算

十二. 高阶内容

1 自由能计算及增强采样方法

1.1 metadynamics方法.

(a) metadynamics的原理 (b) plumed的安装

© plumed的使用 (d) metadynamics的案例结果分析

14.2 umbrella sampling方法.

(a) umbrella sampling的原理(b) umbrella sampling的实现© umbrella sampling的案例结果分析