namd入门教程（三） - CSDN文库

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4 受控分子动力学模拟(Steered Molecular Dynamics)

所谓受控分子动力学模拟（Steered Molecular Dynamics，SMD），就是指在进行分

子动力学模拟时，人为地给分子中的某个或某几个原子施加一个假想的外力，或者人为地

固定某个或某几个原子的位置。从而控制整个分子的行为。我们前面进行的动力学模拟都

是通过各种参数设置，尽量逼近蛋白质分子在溶液体系中的真实状态，以研究分子的各种

性质和行为。但受控分子动力学模拟却要用一个假想的外力干扰控制生物大分子的行为，

这是为什么呢？（需要查一下更多的SMD的应用实例，详细了解SMD究竟可以用于研究什

么问题，才能做出回答）

在下面的例子中，我们将首先固定泛素分子中一个原子的位置，然后用一个假想的

外力牵拉另一个原子。球形的泛素分子会因此而被逐渐拉开，最终成为伸展状态的肽链。

进行SMD时，我们需要用已经完成能量最小化和能量平衡，达到稳定状态的蛋白结

构。如果用含有扭曲、拉伸、变形构象的原始蛋白结构，我们将无法分清蛋白各部分的运

动是由于蛋白内部的形变张力引起的，还是由于SMD实验附加的外力造成的。因此，进行

SMD之前必须预先进行一次平衡态分子动力学模拟，获得稳定结构。

这里，我们使用2.4节球状水体分子动力学模拟输出的恢复文件（.restart）进行SMD。

恢复文件输出时，泛素已在水体中完成了能量最小化和能量平衡，达到了稳定状态。

4.1 除去水分子

为了节省计算时间，我们在进行本次SMD之前将除去体系中所有的水分子。但读者

必须要注意：在真正进行SMD实验的时候决不可以将水分子除去！

1、打开VMD，选择File→New Molecule菜单项，载入common目录下的文件ubq_ws.

psf。不要关闭窗口，此时窗口“Load file for:”一项应该显示“0:ubq_ws.psf”。再次单击按钮

Browser，找到1-2-sphere目录下的文件ubq_ws_eq.restart.coor，载入该文件。关闭Molec

ule File Browser窗口。

现在我们载入了2.4节球状水体动力学模拟时输出的恢复文件(.restart.coor)。

2、选择Extension → tk菜单项，打开tk，首先用cd命令改变当前目录至common目录

下，然后输入：





这样我们便在文件夹下新建了一个文件，储存已经

达到平衡态的蛋白质分子，但没有水分子。

下面是对命令的解释：

 新建了一个变量，它代表体系

中的所有原子。

 所有原子在文件中的'栏（即）全部设为。

  !"#$%& 新建一个变量

!，代表第一个氨基酸残基的α碳。

  !# !所代表的原子——第一个氨基酸残基的(

碳的'栏被设置为#。这样)%会在分子动力学模拟时保持该原子固定。

同样地，我们还需要设定哪一个原子将被牵拉。前面提到过，被牵拉的原子就叫做

*原子。对于这一种原子，)%使用文件中的“位置”（）一栏进行标

记。同样地，代表不受影响的原子，标记为#的原子将被牵拉。设置方法仍然是在+中输

入命令进行。



",-$%&

#

以下是对上述命令的解释：

 当前文件中所有原子的“&一栏

设置为。

 ",-$%&新建了一个变

量，代表第,-个氨基酸（即最后一个氨基酸）的(碳。

 #变量所代表的原子的

一栏设定为#，这样)%会在分子动力学模拟时将假想的力作用于该原子上。

完成上述设定之后，我们需要让输出我们设置好的文件。如果当前目录不是

，用命令改变当前目录到中，然后输入：

.回车后会在当前目录生成文件.，这就是我们进行*所

需的文件，它记录了泛素的结构，以及哪一个原子作为固定原子（ !），哪一个

作为牵拉原子。

不要关闭 ，将所有窗口最小化。使用写字板打开  目录下的文件

.，注意打开时“文件类型”依然要选择“所有文件（//）”否则将看不到该文

件。在文件开头第六行即可找到固定原子——第一个氨基酸甲硫氨酸的(碳。这个原子的'

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