分子模拟周刊:第 5 期

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刊首语

“你,还有你,”维德指指程心和柯曼琳,“以后不允许出现这样没有意义的精神失控,你们只能前进,不择手段地前进!”

“前面没路了,放弃吧。”瓦季姆看着维德恳切地说。

“你们认为没有路,是因为没有学会不择手段。”

“那会议怎么办,取消议程吗?”

“不,议程按计划进行。文件来不及准备了,我们只能口述。”

“口述什么?半公斤的探测器还是五百克的猫?”

“都不是。”

维德最后这句话让瓦季姆和柯曼琳的眼睛亮了起来,程心也瞬间恢复了活力,弹簧般从草坪上跳起来。

这时,载着中弹的罗辑的救护车在军警车和直升机的簇拥下开远了,纽约的灯海又恢复了光芒。在这光灿的背景之上,维德像一个黑色的鬼魅,只有双眸的冷光时隐时现。

“只送大脑。”他说。

    ——刘慈欣《三体·死神永生》

上个月参加了一个生物学的bootcamp, 有几个主题讲演, 我觉得最有意思的一个讲的是神经科学的进展. 神经科学涉及到的领域很多, 脑科学, 神经学, 大数据, 神经网络. 既要实验, 也要借助计算机科学, 因为目前的数据量实在是太大了. 讲演还讨论了物理上的还原论是否适用于神经科学, 有点上升到哲学的认识论了.

题图是马斯克的neuralink公司在做的事, 给人的大脑嵌入巨量的连接, 提取信号, 然后识别. 如果成功了, 人类离黑客帝国中的母体就更近了.

有人说

埃隆·马斯克(Elon Musk)的项目,似乎都是为人类失败做准备。

发电厂无法可靠供电时,太阳能电池板必不可少。沙特阿拉伯无法供应石油时,电动汽车必不可少。地面互联网关闭时,星联计划提供卫星上网。地球无法居住时,就移居火星。

嗯, 这个neuralink看来同样是在为人类失败做准备. 如果无法保存整个身体, 那就只保存大脑吧.

只是, 我看着上面的图, 脑壳有点疼.

资源工具

1. GROMACS氢键分析python脚本

经常有人问起如何对GROMACS的氢键进行占有率, 寿命等分析, AMBER提供了类似的功能, 而GROMACS好像没有. GROMACS自带的氢键分析工具确实没有太多分析功能, 只能自己想办法. 这个网上的python脚本可以试试, 虽然已经好久未更新了. 有时间的话, 可以扩展下脚本的功能.

2. 统计程序运行时间的bash脚本

有时需要对自己的程序进行计时, 看看修改代码后效率是不是提高了. 自己写了一个bash脚本来做, 用的方法来自Hard data for timing distributions. 如果是C代码, 可用采用在程序中插入计时代码的方法, 一个简单的实现可以参考C语言也用tic、toc计时, Execution time of C program.

3. 剑桥团簇数据库

这里收集了很多团簇的极小能量结构, 可作为各种团簇的模拟初始构型. 数据很好, 只是网站有点乱, 可以好好整理一下, 更容易使用.

4. sci-hub最新可用网址

提供最新可用的sci-hub地址.

5. wikiHow

各种生活知识, 也有小实验. 上周下水管堵了, 还去看了看如何疏通. 看多了真得多能鄙事.

论文采风

学艺术和建筑的, 经常要外出采风和写生. 做科研的也同样需要, 只不过换成了阅读文献和查看问题. 阅读别人的论文其实就是采风, 而尝试解决别人提出的问题, 就是写生了.

1. Free Energy, Enthalpy and Entropy from Implicit Solvent End-Point Simulations

自由能计算的文章, 根据MD轨迹计算自由能, 有点类似AMBER的3D-RISM.

2. 自由能计算方法及其在生物大分子体系中的适用性问题

自由能计算方法的综述, 对各种方法都进行了介绍总结, 可作为入门材料.

问题写生

模拟一个不同温度下的水盒子 是先做nvt好 还是先做npt好?

一般预平衡的流程是先nvt, 再npt, 如果初始构型够好, 只做npt也可以. 至于成品模拟, 做nvt或npt取决于要研究的东西.

如果成品模拟做nvt, 那选择的盒子是来自npt的, 那么最好选择压力最接近平衡压力的构型, 这样偏差小, 当然很多时候也不管那么多.

反正水盒子很容易平衡, 而且水的可压缩性很小, 很多做法就从简了, 没有那么严格. 但如果是不熟悉的液体, 还是要严格按要求来, 否则可能导致nvt的结果不是正常压力下的.

一般体系的可压缩性都比较小, 不会导致很大误差.

我想计算单独一个水分子和整体水的氢键结合数量,但是会出现这样的错误 Partial overlap between groups ‘H2O1’ and ‘Water’,有什么方法可以规避一下吗

这个错误意思是选中的水分子与water这个组里有重叠,所以不能,在index中排除一下就行了

是这样的,我想计算单独一个水分子和其他水分子的氢键. 或者有没有一种方法,得到所有水分子各自含有多少氢键,做一个氢键数量的分布,比如4个氢键有多少水,2个有多少水

你看看gmx hbond支持不支持选区语法, 如果支持, 可以写个脚本来自动计算, 否则就要每次生成ndx文件, 比较麻烦

GMX怎么实现残基与配体形成氢键的占有率

你可以单独计算某个氢键,看看在轨迹上的0 1分布,基本就是占有率了

你把每个时刻氢键的信息输出来, 看有没有形成, 用形成的帧数除上总帧数就好了,

不过hbond命令的-hbn选项: 所有选择的组, 选择组中的施体, 氢原子和受体, 所有组中形成氢键的所有原子, 所有参与插入的溶剂原子

网上也有一个脚本.

gromacs能模拟超声空化条件吗?

不能, 需要自己改代码, 或者采取特殊做法, jacs有篇日本人的文献做过超声, 可以参考

记得您讲过您计算mmpbsa的脚本中力场的原则取决于力场计算VDW的形式,但我看了下您提供的amber,opls和charm的形式均与gromos的c6 c12形式不同,求问针对gromos力场怎么选择呢?

gromos力场没法用那个脚本, 除非改代码, 因为gromos力场不是按组合规则来算vdw系数的, 是直接指定的.

请教,用g_mmpbsa 计算两个蛋白之前的结合自由能出现以下错误可能是什么原因? g_mmpbsa -f 60_100ns.xtc -s ../step5.tpr -n index3.ndx -i polar.mdp -nomme -pbsa -decomp < pbsa-input 计算MM部分能够进行

蛋白太大了, 不能一次算完, 要分块算, 但使用的apbs不支持并行, 没法算. 解决办法是使用并行版的apbs, 或这使用分块功能.

网络文摘

1. Science发布:全世界最前沿的125个科学问题

在庆祝SCIENCE创刊125周年之际,该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学问题。

简单归纳统计这125个问题,其中涉及生命科学的问题占46%,关系宇宙和地球的问题占16%,与物质科学相关的问题占14%以上,认知科学问题占9%。其余问题分别涉及数学与计算机科学、政治与经济、能源、环境和人口等。

在今后1/4个世纪的时间里,人们将致力于研究解决这些问题。其中,前25个被认为是最重要的问题。最后6个数学问题选自Clay数学研究所提出的新千年问题。

看看, 125个问题中涉及生命科学占46%, 接近一半. 21世纪是生物的世纪, 此言不虚.

21世纪确实是生物的世纪, 但未必是你我的世纪. 这一点要时刻牢记啊.

这125个问题如下:

  1. 宇宙由什么构成?
  2. 意识的生物学基础是什么?
  3. 为什么人类基因会如此之少?
  4. 遗传变异与人类健康的相关程度如何?
  5. 物理定律能否统一?
  6. 人类寿命到底可以延长多久?
  7. 是什么控制着器官再生?
  8. 皮肤细胞如何成为神经细胞?
  9. 单个体细胞怎样成为整株植物?
  10. 地球内部如何运行?
  11. 地球人类在宇宙中是否独一无二?
  12. 地球生命在何处产生、如何产生?
  13. 什么决定了物种的多样性?
  14. 什么基因的改变造就了独特的人类?
  15. 记忆如何存储和恢复?
  16. 人类合作行为如何发展?
  17. 怎样从海量生物数据中产生大的可视图片?
  18. 化学自组织的发展程度如何?
  19. 什么是传统计算的极限?
  20. 我们能否有选择地切断某些免疫反应?
  21. 量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?
  22. 能否研制出有效的HIV疫苗?
  23. 温室效应会使地球温度达到多高?
  24. 什么时间用什么能源可以替代石油?
  25. 地球到底能负担多少人口?
  26. 宇宙是否唯一?
  27. 是什么驱动宇宙膨胀?
  28. 第一颗恒星与星系何时产生、怎样产生?
  29. 超高能宇宙射线来自何处?
  30. 是什么给类星体提供动力?
  31. 黑洞的本质是什么?
  32. 正物质为何多于反物质?
  33. 质子会衰减吗?
  34. 重力的本质是什么?
  35. 时间为何不同于其他维度?
  36. 是否存在比夸克更小的基本粒子?
  37. 中微子是其自己的反粒子吗?
  38. 是否有解释所有相关电子系统的统一理论?
  39. 人类能够制造最强的激光吗?
  40. 能否制造完美的光学透镜?
  41. 是否可能制造出室温下的磁性半导体?
  42. 什么是高温超导性之后的成对机制?
  43. 能否发展关于湍流动力学和颗粒材料运动学的综合理论?
  44. 是否存在稳定的高原子量元素?
  45. 固体中是否有超流动性?如果有,如何解释?
  46. 水的结构如何?
  47. 玻璃态物质的本质是什么?
  48. 是否存在合理化学合成的极限?
  49. 光电电池的最终效率如何?
  50. 核聚变将最终成为未来的能源吗?
  51. 驱动太阳磁周期的原因是什么?
  52. 行星怎样形成?
  53. 是什么引发了冰期?
  54. 使地球磁场逆转的原因是什么?
  55. 是否存在有助于预报的地震先兆?
  56. 太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命?
  57. 自然界中手性原则的起源是什么?
  58. 能否预测蛋白质折叠?
  59. 人体中的蛋白质有多少存在方式?
  60. 蛋白质如何发现其作用对象?
  61. 细胞死亡有多少种形式?
  62. 是什么保持了细胞内的通行顺畅?
  63. 为什么细胞的成分可以独立于DNA而自行复制?
  64. 基因组中功能不同于RNA的角色是什么?
  65. 基因组中端粒和丝粒的作用是什么?
  66. 为什么一些基因组很大,另一些又相当紧凑?
  67. 基因组中的“垃圾”(“junk”)有何作用?
  68. 新技术能使DNA测序的成本降低多少?
  69. 器官和整个有机体如何了解停止生长的时间?
  70. 除了继承突变,基因组如何改变?
  71. 在胚胎期,不对称现象是如何确定的?
  72. 翼、鳍和面孔如何发育进化?
  73. 是什么引发了青春期?
  74. 干细胞是否位于所有肿瘤的中心?
  75. 肿瘤更容易通过免疫进行控制吗?
  76. 肿瘤的控制比治愈是否更容易?
  77. 炎症是所有慢性疾病的主要原因吗?
  78. 疯牛病会怎样发展?
  79. 脊椎动物在多大程度上依赖先天免疫系统来抵抗传染病?
  80. 对抗原而言,免疫记忆需要延长暴露吗?
  81. 为什么孕妇的免疫系统不拒绝其胎儿?
  82. 什么与有机体的生物钟同步?
  83. 迁徙生物怎样发现其迁移路线?
  84. 为什么要睡眠?
  85. 人类为什么会做梦?
  86. 语言学习为什么存在临界期?
  87. 信息素影响人类行为吗?
  88. 一般麻醉剂如何发挥作用?
  89. 导致精神分裂症的原因是什么?
  90. 引发孤独症的原因是什么?
  91. 阿兹海默症患者的生命能够延续多久?
  92. 致瘾的生物学基础是什么?
  93. 大脑如何建立道德观念?
  94. 通过计算机进行学习的极限是什么?
  95. 有多少个性源于遗传?
  96. 性别倾向的生物学根源是什么?
  97. 生命树是生命之间系统关系最好的表达方式吗?
  98. 地球上有多少物种?
  99. 什么是物种?
  100. 横向转移为什么会发生在众多的物种中以及如何发生?
  101. 谁是世界的共同祖先?
  102. 植物的花朵如何进化?
  103. 植物怎样制造细胞壁?
  104. 如何控制植物生长?
  105. 为什么所有的植物不能免疫一切疾病?
  106. 外界压力环境下,植物的变异基础是什么?
  107. 是什么引起物质消失?
  108. 能否避免物种消亡?
  109. 一些恐龙为什么如此庞大?
  110. 生态系统对全球变暖的反应如何?
  111. 至今共有多少人种,他们之间有何关联?
  112. 是什么提升了现代人类的行为?
  113. 什么是人类文化的根源?
  114. 语言和音乐演化的根源是什么?
  115. 什么是人种,人种如何进化?
  116. 为什么一些国家向前发展,而有些国家的发展停滞?
  117. 政府高额赤字对国家利益和经济增长速度有什么影响?
  118. 政治与经济自由密切相关吗?
  119. 为什么改变撒哈拉地区贫困状态的努力几乎全部失败?
  120. 有没有简单的方法确定椭圆曲线是否存在无穷多解?
  121. 霍奇闭链是代数闭链的和吗?
  122. 数学家将会最终给出Navier-Stokes方程的解吗?
  123. 庞加莱实验能否确定4维空间的球?
  124. 黎曼zeta函数的零解都有a+bi形式吗?
  125. 对粒子物理标准模型研究是否会停止在量子Yahg-Mills理论上?

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