在研讨分子间相互作用时，专家还谨记往期先容到的体外互作仪器检测时期（SPR、BLI、MST、ITC）吗？它巧合捕捉分子伙同的时信号、亲和力等关节信息。而分子对接则像拍下一张静态“合影”，意想可能的伙同姿势。但前者多是宏不雅层面的互作效果呈现，后者仅能提供静态伙同时势，王人难以展现分子在真确生理环境中的动态变化。

而今天小源将会为专家先容分子互作研讨的另一个“伙伴”—分子能源学模拟，分子能源学模拟是相接这些时期的“动态桥梁”，它能在原子标准上跟踪分子的绽放轨迹，让咱们看到分子从伙同到构象调理的好意思满“故事”。

01 时期配景

跟着卵白质功能研讨和结构生物学的深刻发展，分子能源学模拟（Molecular Dynamics Simulation, MD）算作揭示生物大分子绽放行动与相互作用机制的关节用具，在药物设想、卵白工程、卵白-卵白相互作用研讨等领域施展着越来越遑急的作用。

比较静态结构分析，分子能源学模拟巧合在原子标准上动态不雅测卵白复合物的构象演化、伙同界面概念性及环境响应等行动，以补助后续结构优化和功能考据责任。

现在在TOP级期刊均分子能源学常与分子对接和传统互作考据类履行伙同应用，进一步考据分子间的互作联系。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，研讨者先愚弄等温滴定量热法（ITC）和分子对接履行阐明FXR是金丝桃苷的径直靶点（图J、F），后续愚弄分子能源学模拟进一步评估了FXR-金丝桃苷复合物的概念性（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 时期旨趣

分子能源学模拟其基本旨趣所以复合物的三维结构为运转模子，禁受经典力场对分子间的相互作用进行精准式样。在模拟过程中，动态跟踪体系中每个原子的轨迹，巧合精湛再现相互作用过程中伙同、解离、界面重构及构象变化平分子层面的复杂郁勃。

03 时期历程

统统这个词分子能源学模拟历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科罚，以拆除运转结构中的不对理构象和可能的原子疏导。

（2）加热（Heating）：在加热阶段，将体系从0 K空闲升温至预备温度，过程中进行温度戒指。

（3）密度调度（Density Equilibration）：在恒温恒压条目下对体系进行密度均衡，保管预备温度和压力，促使体系体积和密度冉冉概念。

（4）均衡阶段（Equilibration）：在固定温度和压力条目下，对体系进行均衡模拟，旨在进一步拆除体系中的剩余应力，确保体系在参加负责出产模拟前已达到概念状况。

（5）制品模拟（Production）：无照应运行体系n纳秒（证据用户指定时期），集会轨迹；断绝一定时期输出一次结构帧，用于后续分析。

分子能源学模拟历程图

04 分子对接与分子能源学模拟时期对比

分子对接和分子能源学模拟王人是计较机补助研讨分子互作（卵白-卵白、卵白-核酸、卵白-小分子）中常用的两种标准，那他们有什么不同呢？淌若把分子对接获得的效果比作一张“像片”，那么分子能源学模拟即是一系列像片的集会，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期进行了一个对比，但愿巧合匡助专家明确两者的区别。

表1 分子对接与分子能源学模拟时期对比

05 能源学分析效果参数解读

分子能源学模拟后会输出很多效果参数，这些参数巧合匡助咱们看懂分子间动态互作的情况。那这些参数是什么意旨真谛呢？小源接下来就来带专家一齐解读分子能源学模拟效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弧线用于反应两个卵白（Protein1：红色，Protein2：蓝色）主链随时期的结构偏移情况。Protein1在统统这个词100 ns模拟过程中结构波动较小，证明其构象较为概念，Protein2在模拟过程中产生了相对位移，但概念保管与Protein1的相对位置，证明卵白1与卵白2的互作较概念（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）

用于掂量每个残基在统统这个词模拟过程中围绕平均位置的波动进度。统统这个词过程中统统残基的RMSF平均值仅有1.5 Å，结尾和伙同部位的波动均较小，证明Protein2能概念伙同在Protein1的伙同位点内（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）

用于掂量两个分子伙同的概念性，氢键数量越多，伙同的概念性越好。在100 ns的能源学过程中，氢键数量莫得发生遍及减少，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）能量领悟分析 MM/PB(GB)SA

用于对每个残基的伙同能孝顺进行领悟，负值示意有意于复合物造成。通过对该过程的伙同目田能分析，0~100 ns时间的伙同目田能为-60.23 kcal/mol（表2），证明二者伙同的高出概念，其中孝顺较大的残基区分有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伙同目田能孝顺

表2 0~100 ns过程计较所得MM/GBSA，

卵白中残基的能量孝顺(Rank 5)

（5）伙同时势分析

用于分析复合物在分子能源学模拟后的构象与相互作用展示。浅蓝色棍状示意的是Protein1上的关节残基，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造成强相互作用的残基，橙色线条（Lines）为其他非关节残基（图5）。

图5 Protein1与Protein2复合物在100 ns模拟后的构象与相互作用展示

06 案例应用

分子能源学模拟在生物分子相互作用研讨中具有遑急作用，通过模拟卵白质-卵白质、卵白质-核酸和卵白质-小分子复合物的相互作用，揭示其相互作用机制，为生物医学研讨提供遑急表面支合手。

（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”的论文愚弄分子能源学模拟探索Raf激酶阻碍卵白与C-Raf N端的伙同，其中RMSD分析发现与六种结构突变体比较，WT结构复合物在10 ns的出产运行中推崇出概念的RMSD，研讨总体分析标明，RKIP残基上的突变可能会中断其与C-Raf的N端区域复合物的造成。

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”研讨性论文愚弄分子能源学模拟展示了WRKY在DNA上的微秒扩散能源学，研讨效果发现与另一条链或非优选链比较，WRKY优先与一条DNA链伙同。

图7 卵白质-DNA界面处的时期依赖性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”的研讨型论文，研讨者愚弄MD时期决然到二咖啡酰奎宁酸和二乙酰姜黄素与SARS-CoV-2的S-RBD紧密伙同（表3），标明其可通过紧密粘附在伙同位点上来拦阻S-RBD-ACE2相互作用进而阻碍病毒参加宿主细胞。

表3 两种选用复合物的伙同目田能分析

07 小源结语

从体外仪器检测的宏不雅互作数据，到分子对接的静态伙容或想，再到分子能源学模拟的动态过程解析，三者共同组成了研讨分子相互作用的“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，深刻揭示了分子互作的概念性机制和关节位点，提供了从“郁勃不雅察”到“机制阐释”的坚实撑合手，让咱们对生命行为的微不雅宇宙有了更立体的领悟。