计算机辅助药物设计中的分子动力学模拟

一、分子动力学概述

随着生命科学理论和计算分析方法的快速发展，药物研发已经进入一个全新的时期，计算机辅助药物设计正是其中的领头技术，通过虚拟筛选潜在的药物小分子，可以大大降低新药研发的成本。分子动力学(Molecular dynamics, MD)模拟作为计算生物学的一个分支，为研究蛋白质动力学行为、蛋白质动态相互作用和生物网络分析提供了新视角、新途径，可以从更微观的角度（分子水平）研究药物靶点蛋白的结构和其它各种性质，实现高效准确的虚拟筛选。
 

图1 使用分子动力学模拟发表的SCI论文数

分子动力学是一门结合物理，数学和化学的综合技术。分子动力学是一套分子模拟方法，该方法主要依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。

目前，比较流行的分子动力学软件主要有：AMBER、CHARMM、NAMD、GROMACS。前两个软件开发得比较早，功能多样、使用率高，但是收费；后两个则是开源的，可以免费使用。如果有需要学习，它们的官网上都有合适的教程。

2013年诺贝尔化学奖授予了这个领域的三位科学家，表彰他们为大分子体系建立了多尺度模型（即动力学的理论基础）。其中Martin Karplus即为CHARMM研究小组的领头人。

The Nobel Prize in Chemistry 2013