在酌量分子间互相作用时，群众还铭刻往期先容到的体外互作仪器检测时刻（SPR、BLI、MST、ITC）吗？它或者捕捉分子联结的时信号、亲和力等要津信息。而分子对接则像拍下一张静态“合影”，展望可能的联结姿势。但前者多是宏不雅层面的互违法果呈现，后者仅能提供静态联结花样，齐难以展现分子在确凿生理环境中的动态变化。

而今天小源将会为群众先容分子互作酌量的另一个“伙伴”—分子能源学模拟，分子能源学模拟是集结这些时刻的“动态桥梁”，它能在原子表率上跟踪分子的指导轨迹，让咱们看到分子从联结到构象治疗的好意思满“故事”。

01 时刻配景

跟着卵白质功能酌量和结构生物学的长远发展，分子能源学模拟（Molecular Dynamics Simulation, MD）行为揭示生物大分子指导步履与互相作用机制的要津用具，在药物遐想、卵白工程、卵白-卵白互相作用酌量等限度线路着越来越伏击的作用。

比拟静态结构分析，分子能源学模拟或者在原子表率上动态不雅测卵白复合物的构象演化、联结界面赋闲性及环境响应等步履，以提拔后续结构优化和功能考据责任。

现在在TOP级期刊平分子能源学常与分子对接和传统互作考据类履行长入应用，进一步考据分子间的互作关联。举例，山东第一医科大学王松松团队在（IF13.0）上发表的一篇名为“Hyperoside modulates bile acid and fatty acid metabolism, presenting a potentially promising treatment for non-alcoholic fatty liver disease”的论文中，酌量者先诈欺等温滴定量热法（ITC）和分子对接履行阐述FXR是金丝桃苷的胜利靶点（图J、F），后续诈欺分子能源学模拟进一步评估了FXR-金丝桃苷复合物的赋闲性（图G、H、I）。

图：F：FXR与金丝桃苷分子对接；G：FXR和金丝桃苷复合物的RMSD趋势；H：FXR的RMSF趋势；I：FXR的转弯半径（RG）趋势；J：FXR和金丝桃苷等温滴定量热法（ITC）分析

02 时刻旨趣

分子能源学模拟其基答允趣所以复合物的三维结构为运行模子，接收经典力场对分子间的互相作用进行精准形色。在模拟过程中，动态跟踪体系中每个原子的轨迹，或者抽象再现互相作用过程中联结、解离、界面重构及构象变化平分子层面的复杂表象。

03 时刻进程

通盘分子能源学模拟进程分为以下五个阶段：

（1）能量最小化（Minimization）：在分子模拟前，对体系进行能量最小化惩处，以摒除运行结构中的不对理构象和可能的原子重复。

（2）加热（Heating）：在加热阶段，将体系从0 K冷静升温至探究温度，过程中进行温度抑制。

（3）密度颐养（Density Equilibration）：在恒温恒压条款下对体系进行密度均衡，保管探究温度和压力，促使体系体积和密度逐渐赋闲。

（4）均衡阶段（Equilibration）：在固定温度和压力条款下，对体系进行均衡模拟，旨在进一步摒除体系中的剩余应力，确保体系在干涉慎重出产模拟前已达到赋闲状况。

（5）制品模拟（Production）：无不停运行体系n纳秒（凭证用户指定时间），网罗轨迹；拒绝一定时间输出一次结构帧，用于后续分析。

分子能源学模拟进程图

04 分子对接与分子能源学模拟时刻对比

分子对接和分子能源学模拟齐是蓄意机提拔酌量分子互作（卵白-卵白、卵白-核酸、卵白-小分子）中常用的两种设施，那他们有什么不同呢？若是把分子对接获得的恶果比作一张“相片”，那么分子能源学模拟即是一系列相片的辘集，也即是一部“电影”。底下小源就分子对接与分子能源学模拟时刻进行了一个对比，但愿或者匡助群众明确两者的区别。

表1 分子对接与分子能源学模拟时刻对比

05 能源学分析恶果参数解读

分子能源学模拟后会输出很多恶果参数，这些参数或者匡助咱们看懂分子间动态互作的情况。那这些参数是什么景仰呢？小源接下来就来带群众一谈解读分子能源学模拟恶果分析中几个常见参数（以卵白-卵白互作能源学模拟为例）。

（1）均方根偏差分析（RMSD）

RMSD弧线用于响应两个卵白（Protein1：红色，Protein2：蓝色）主链随时间的结构偏移情况。Protein1在通盘100 ns模拟过程中结构波动较小，评释其构象较为赋闲，Protein2在模拟过程中产生了相对位移，但赋闲保管与Protein1的相对位置，评释卵白1与卵白2的互作较赋闲（图1）。

图1 Protein1与Protein2复合物100ns能源学过程中的RMSD

（2）均方根波动分析（RMSF）

用于推测每个残基在通盘模拟过程中围绕平均位置的波动进程。通盘过程中通盘残基的RMSF平均值仅有1.5 Å，终端和联结部位的波动均较小，评释Protein2能赋闲联结在Protein1的联结位点内（图2）。

图2 Protein1与Protein2复合物100ns能源学过程中的RMSF

（3）氢键分析（H-Bonds）

用于推测两个分子联结的赋闲性，氢键数量越多，联结的赋闲性越好。在100 ns的能源学过程中，氢键数量莫得发生多数减少，平均数量保管在8.8个（图3）。

图3 Protein1与Protein2复合物100ns能源学过程中的氢键数量变化

（4）能量理会分析 MM/PB(GB)SA

用于对每个残基的联结能孝敬进行理会，负值示意成心于复合物变成。通过对该过程的联结目田能分析，0~100 ns时间的联结目田能为-60.23 kcal/mol（表2），评释二者联结的绝顶赋闲，其中孝敬较大的残基永别有Asp-281、Asp-178、His-285等（图4）。

图4 Protein1与Protein2复合物100ns能源学过程中的各残基联结目田能孝敬

表2 0~100 ns过程蓄意所得MM/GBSA，

卵白中残基的能量孝敬(Rank 5)

（5）联结花样分析

用于分析复合物在分子能源学模拟后的构象与互相作用展示。浅蓝色棍状示意的是Protein1上的要津残基，白色Cartoon模子示意Protein1的二级结构。橙色棍状示意的是Protein2上与Protein1变成强互相作用的残基，橙色线条（Lines）为其他非要津残基（图5）。

图5 Protein1与Protein2复合物在100 ns模拟后的构象与互相作用展示

06 案例应用

分子能源学模拟在生物分子互相作用酌量中具有伏击作用，通过模拟卵白质-卵白质、卵白质-核酸和卵白质-小分子复合物的互相作用，揭示其互相作用机制，为生物医学酌量提供伏击表面支合手。

（1）卵白质-卵白质互作

在上发表的名为“Exploring the Binding Interaction of Raf Kinase Inhibitory Protein With the N-Terminal of C-Raf Through Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulation”的论文诈欺分子能源学模拟探索Raf激酶遏制卵白与C-Raf N端的联结，其中RMSD分析发现与六种结构突变体比拟，WT结构复合物在10 ns的出产运行中线路出赋闲的RMSD，酌量总体分析标明，RKIP残基上的突变可能会中断其与C-Raf的N端区域复合物的变成。

图6 野生型（WT）结构复合物和构建突变复合体的RMSD分析

（2）卵白质-核酸互作

在上发表的名为“Revealing atomic-scale molecular diffusion of a plant-transcription factor WRKY domain protein along DNA”酌量性论文诈欺分子能源学模拟展示了WRKY在DNA上的微秒扩散能源学，酌量恶果发现与另一条链或非优选链比拟，WRKY优先与一条DNA链联结。

图7 卵白质-DNA界面处的时间依赖性HB（氢键数量）统计数据

（3）卵白质-小分子互作

在期刊上发表了一篇名为“Identification of potential plant bioactive as SARS-CoV-2 Spike protein and human ACE2 fusion inhibitors”的酌量型论文，酌量者诈欺MD时刻玩忽到二咖啡酰奎宁酸和二乙酰姜黄素与SARS-CoV-2的S-RBD紧密联结（表3），标明其可通过紧密粘附在联结位点上来禁止S-RBD-ACE2互相作用进而遏制病毒干涉宿主细胞。

表3 两种采纳复合物的联结目田能分析

07 小源结语

从体外仪器检测的宏不雅互作数据，到分子对接的静态联结展望，再到分子能源学模拟的动态过程解析，三者共同组成了酌量分子互相作用的“全链条用具”。分子能源学模拟不仅不错弥补前两者在动态视角上的不及，更通过RMSD、RMSF、氢键分析等参数，长远揭示了分子互作的赋闲性机制和要津位点，提供了从“表象不雅察”到“机制阐释”的坚实营救，让咱们对生命举止的微不雅宇宙有了更立体的阐明。