分子模拟第一章

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分子模拟的主要方法
➢ 从头计算 ➢ 半经验计算 ➢ 固体计算 ➢ 分子力学 ➢ 分子动力学 ➢ 统计力学
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分子模拟的主要步骤
➢ 确定描述体系所用的模型 1. 量子力学 2. 分子力学
➢ 计算 1.能量优化， 2.分子动力学 3.蒙特卡罗模拟， 4.构象搜索等
➢ 分析 1，计算体系性质 2，检验结果
6，常用的分子显示软件
1，Viewlite，免费
2，VMD，免费 www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
3，Pymol，免费 pymol.sourceforge.net/
7，常用的数据库
1，MDL，
2，ACD，可用晶体结构数据库
3，CSDC，剑桥晶体结构数据库
4，PDB库，美国布鲁克海文国家重点实验室蛋白质数据库，免 费
Ps：上述二人共同获得1998年诺贝尔化学奖
因此分子模拟就是要用理论方法（模拟分子结构） 去实现以往用实验才能证明的东西（性质）。
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The definition of model
The definition of model in Oxford English Dictionary：a simplified or idealized description of a system or process, often in mathematical terms, devised to facilitate calculations and predictions.
分子模拟原理及应用
molecular modelling
principles and appilications
计明娟 20ຫໍສະໝຸດ Baidu6.9
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第一章 序言
化学就其物质的根本组成来说，是由电子及原子核 构成的。
1964年，加州大学的Walter Kohn教授和Hohenberg 博士从薛定谔方程出发，严格证明了一个重要性 质： 分子结构决定了分子性质
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分子模拟的常用软件
5，常用的分子对接软件
1，flex，SYBYL的一个模块
2，affinity，InsightII的一个模块
3，dock，免费 http://dock.compbio.ucsf.edu/
4，autodock，免费 www.scripps.edu/mb/olson/doc/autodock/
http://www.rcsb.org/pdb/Welcome.do
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分子模拟相关杂志
➢ J. Compt. Chem. ➢ J. Molecular Modeling ➢ J. Comp. Aid. Mol. Des. ➢ J. Chem. Inf. & Comp. Sci. ➢ J. Molecular Graphics and Modeling ➢ Network Science ➢ Computers and Chemsitry ➢ 计算化学邮件列表 (http://www.ccl.net/chemistry/)
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分子模拟的常用软件
1，常用的平台软件
1，SYBYL 2，InsightII 3，HyperChem 4，PCmodel
2， 常用的分子动力学软件
1，AMBER（Assisted Model Building with Energy
Refinement )
2，GROMACS，免费 www.gromacs.org
1983年 Martin Karplus发布了分子力学与分子动力学模拟程序CHARMM； …..
分子模拟曾经限制在部分科学家手中，现在随着理论和计算机 技术的发展，任何有兴趣的人都可以应用。而且应用范围越来越广， 尤其在生命科学，高分子，材料科学等多个领域取得了重要成果。
21世纪也正好是这些领域大展身手的世界，分子模拟的作用也 将更加重要。
量子化学由此诞生； Andrews提出分子力学的基本思想； Bernal, J. D.和Flowler, R. H提出了水的
原子模型； Frank Westheiner完成了第一次分子力学计
算；
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分子模拟历史及意义
1974年 Allinger等人发布了分子力场MM
1981年 Peter Kollman发表了AMBER力场；
考虑电子运动 状态
考虑核运动状 态（电子运动 作近似假设）
量子力学模型
用波函数表示
分子力学模型
用质点运动轨 迹表示
解薛定谔方程
解力学方程 （经典牛顿力 学方程）
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几个容易混淆的术语
➢ 理论化学——利用数学模型来描述化学，常常 认为与量子化学同义
➢ 计算化学——包含量子力学和分子力学、极小 化、构象分析和基于计算机的其他方法，或者 说数学模型的计算机化
Molecular modeling is
a technique for deriving, representing , manipulating the structures and reactions of molecules, and those properties that are dependent on these three dimensional structures
简单的说：计算机图形学和计算理论的结合
特点：更抽象的模型有关
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常见的分子模型
CPK
线
框 模 型
模 型
球
棍
棍
状
模
模
型
型
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常见的生物分子模型
碳飘片状精骨带品管课架模件状模型模型12型
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应用举例——分子动力学
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分子模拟计算理论
根据基本原理的不同，分子模拟主要有量子力学 模型和分子力学模型两类
Model的特点：只显示分子的三维结构
常见的model如下面所示,
“stick”模型（Dreiding发明）
“CPK” （ “space filling” ）模型 （ Corey,Pauling和Koltun），
“Ribbon飘带模型 精品课件
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The definition of molecular modelling
➢ 分子设计——利用计算机和计算化学的基本方 法来设计和改造分子
➢ 分子模拟——更广的一个定义，包括上述全部
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分子模拟历史及意义
分子模拟的思想溯源于上世纪初量子力学的兴起
1925年 1926年 1927年
1930年 1933年
1946年
……
Heisenberg发表了第一篇量子力学的文章， Schrodinger发表了著名的波动方程 采用量子力学的方法计算了氢分子的轨道，