分子模拟周刊:第 14 期

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刊首语

马大对耶稣说、主阿、你若早在这里、我兄弟必不死。

就是现在、我也知道、你无论向 神求甚么、 神也必赐给你。

耶稣说、你兄弟必然复活。

马大说、我知道在末日复活的时候、他必复活。

耶稣对他说、复活在我、生命也在我.信我的人、虽然死了、也必复活.

凡活着信我的人、必永远不死。你信这话么。

马大说、主阿、是的.我信你是基督、是 神的儿子、就是那要临到世界的。

  ——《圣经·约翰福音》

从此耶稣才指示门徒、他必须上耶路撒冷去、受长老祭司长文士许多的苦、并且被杀、第三日复活。

彼得就拉着他、劝他说、主阿、万不可如此、这事必不临到你身上。

耶稣转过来、对彼得说、撒但退我后边去吧.你是绊我脚的.因为你不体贴 神的意思、只体贴人的意思。

于是耶稣对门徒说、若有人要跟从我、就当舍己、背起他的十字架、来跟从我。

因为凡要救自己生命的、必丧掉生命.凡为我丧掉生命的、必得着生命。

人若赚得全世界、赔上自己的生命、有甚么益处呢.人还能拿甚么换生命呢。

  ——《圣经·马太福音》

按着时日, 这周就是复活节了. 前两年我所在的小镇, 算是美国传统地区吧, 教堂很多, 因此每年的复活节期间非常热闹. 小孩子是最喜欢的, 因为各个教会和购物中心都会举办相关的活动, 而时间又在春天, 天气很好, 很适合参加这些活动. 活动主要有捡彩蛋, 游乐场, 各种游戏, COSPLAY. 彩蛋和大兔兔是复活节的标志, 无论什么活动都能看到它们.

我一直疑心, 这复活节看起来并不像是来源于基督教, 因为圣经中虽然涉及很多复活, 彩蛋和兔子这两样东西却是没见的. 这个节日虽然被称为基督教的传统节日, 也十分盛大, 却很有可能只是移植了纪念基督复活的说法, 其他活动都来源于更早的原始节日. 细究起来, 西方的大多数节日都有着异教来源, 基督教兴起后对它们进行了改造, 并借此将很多异教收拢在其教义之下, 时间长了, 那些异教来源就湮灭了, 只剩下些端倪令人迷惑. 这种事情其实现在也正在发生. 毕竟, 对大多数人来说, 节日到底是什么来源, 为了纪念谁, 可能并不重要, 而能找个时间放松一下才是实实在在的.

我一直又疑心, 这复活节和中国的清明节时间上很接近, 大有可能都源自古时的传统. 我家乡的清明节虽然也有扫墓的习俗, 却不是主要活动, 这一点大约与南方不同. 我家乡的清明节, 大致是一个踏青的节日. 我小的时候, 每到这一天, 家里都会特地为孩子煮鸡蛋, 煮鸭蛋, 还有煮鹅蛋的, 然后用染料(土话称为洋红, 一种有点粉的红色)将它们染成彩色, 给孩子们玩, 然后吃掉. 每年这时候, 杨柳已经发芽了, 叶却还没展开, 枝条很嫩, 汁液丰富, 外皮柔软, 很容易通过拧扭将其与木质部分分离, 这样就可以将木质部分从中间抽出来, 剩下的外皮就形成了一个圆筒, 将一端压扁, 适当修剪打薄一下, 放进嘴里使劲吹气, 就可以吹出声音. 这种树皮做的玩具, 我们称为哨子, 是我年少时每年清明节外出游玩的主要活动.

对比我知道的西方复活节和家乡清明节, 彩蛋的作法大致是一致的, 推测这应该是个古老的习俗, 有象征意义. 我觉得很有可能是象征了新生(复活也算新生吧), 因为我家乡还有一种习俗, 有新生儿的家庭会向亲戚朋友赠送染色的彩蛋, 与清明节的一样, 这种情况下很显然就是象征新生的意思了.

而今年的清明节和复活节, 似乎有着更深刻的含义. 中国已经气清天明, 新生了, 而西方却正在死去, 离复活还要等上一些时日了.

资源工具

1. 在线讲座的资料和视频

群里的在线讲座已经持续了几年, 进行了43次, 但相关的资料和视频一直没有好好整理一下. 我抽时间将它们整理了一下, 大部分资料都在, 但不是每次都录制了视频, 有些视频虽然录了却没有声音. 无论如何, 这些都作为基础资料吧, 放在一起作为入门参考.

2. pipistack: 计算pi-pi堆积参数的VMD脚本

这个tcl脚本是很早之前应一个朋友的要求写的, 想到对其他人可能也用得到, 就发布了. 脚本里面用到的VMD绘图技术可以作为参考, 因为tcl实在太容易忘记如何使用了.

3. Justin GROMACS教程说明文档

Justin的GROMACS教程早就翻译了, 只是版本有点老了. 他现在提供了一个新的教程说明, 我重新整理翻译了一下, 可以与教程对照着看, 加深理解.

4. 窗口大小调整脚本

我一般使用自己的notepad2查看编辑文件文件, 这个软件是单窗口的, 如果同时打开的文件过多, 窗口调整起来就不方便. 想了一下, 这是个窗口管理问题, 可以写个通用的窗口大小调整工具. 最简单的实现就是AHK了, 几句话就好. 对我的需求来说, 最多2x2的窗口就够用了, 如果你需要更多的窗口分割, 可以很简单地扩展.

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. Computational Analysis of Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy

有人问和频光谱(SFG)的计算问题, 因为我以前写过一篇使用GROMACS计算红外光谱. 简单搜索了一下文献. 看到有两种处理方式: 1. 完全基于MD的方法; 2. MD与从头算(或DFT)结合的方法.

方法1的MD需要使用极化力场, 否则没有办法计算极化率, 也就无法计算和频光谱. 这篇文章是对MD方法计算和频光谱的综述, 作者还发展了一种极化力场, 可用于计算和频光谱. 如果你需要使用MD方法计算和频光谱, 可以好好读读, 理解下背后的知识和做法.

这篇论文的作者还有一篇文章Molecular Dynamics Simulation of Sum Frequency Generation Spectra of Aqueous Sulfuric Acid Solution讨论了具体的体系, 可以一并参考.

2. Sum Frequency Generation Spectroscopy and Molecular Dynamics Simulations Reveal a Rotationally Fluid Adsorption State of α-Pinene on Silica

使用MD与从头算(或DFT)结合的方法计算和频光谱, 大致的思路是使用MD来采样, 然后对采样的构型利用从头算或DFT计算和频光谱, 对所有构型的和频光谱进行适当的叠加得到最终光谱. 这篇文章就是这个思路, 虽然未必是这类文章中最好的.

我没有找这方面的综述文章了, 因为这种方法不算是一种新的方法, 只是一种组合方法, 其思路也可以用于经典MD无法处理的其他问题.

这篇文章的作者之一是王鸿飞, 他是专门研究和频光谱的, 也是网上的知名人物, 如你遇到和频光谱的问题, 或许可以问问他.

3. A combined theoretical and experimental study to improve the thermal stability of recombinant D‐lactate dehydrogenase immobilized on a novel superparamagnetic Fe 3 O 4 NPs@metal–organic framework

MOF曾经是发烧的材料, 这两年不知退没退烧. 我对这个其实兴趣不大, 但在实现UFF力场的时候, 其中的一个考虑就是这个力场可以用于MOF的模拟问题. 这篇文章使用UFF和AMBER力场计算了MOF和蛋白的相互作用, 可以参考其基本的思路. 另外一个处理MOF可能更好的力场是interface, 有时间可以看看.

4. Packaging and delivering enzymes by amorphous metal-organic frameworks

与MOF相关的文章, 主要是实验的, 但也涉及模拟. 讨论的是MOF的缺陷问题. 如果需要带缺陷的MOF模型, 可以参考这篇文献.

问题写生

请问研究小分子化合物和受体相互作用时使用分子对接和分子动力学MM-PB/SA的区别和意义是什么?分子对接的结合能和分子动力学的结合自由能有什么区别和联系?

周盛福: 严格上讲对接给出的只能叫打分,有的软件给出的正值,有的是负值,也有很多以结合能的形式给出,不过对接程序只计算了对接给出的那个pose。分子动力学一般会计算平衡轨迹中的一些poses,然后用点统计方法给出可信值和误差。分子对接一般不能给出误差,另外MD可以计算溶剂的作用;对接不能,或者只能简单估算下。

我在做一个蛋白在膜中的MD,按照教程第一步准备拓扑,必需要对我的蛋白进行封端吗,可是不封端程序错误,怎么进行封端呢? 请问什么是封端?封端的规则有哪些?

刘胜堂: 封端是叫做cap,主要是对蛋白或者氨基酸的主链的C端或者N端进行质子化或者去质子化处理,一般处理时用中性的NH2,COOH即可,主要是保护末端,当作正常的肽链来处理,避免极性带电的末端与其他相互作用,当然也可以用COO-,NH3来处理,正常生理环境下这种状态也是存在的,文中所说的酰胺基和乙酰基是ACE、NME(Amber力场),ACE CT3(charmm力场),也是作为Cap的一种,这个更接近与蛋白中的肽键本身

为什么TI方法缓慢地增长就能用来算自由能? 相空间重叠程度到底说明了什么,说明了两个状态的相似性吗?

刘书乐: TI这玩意儿没人能一两句话给你讲清楚,自己把Understanding Molecular Simulation里关于thermodynamic integration那一节里的推导看完就差不多明白了

相空间的重叠状态一般是用来衡量沿某条自由能计算路径上相邻两个态的相似性,两个态之间有多大重叠具体可以通过比较能量(或者collective variable)的概率密度分布来衡量,如果要定量分析重叠的话还要计算relative entropy。两个态之间的重叠是衡量自由能计算精确度/收敛度的重要指标,如果两个态之间重叠很差,会给很多自由能计算(FEP,umbrella sampling等等)带来比较大的误差。我以前跟你提到过一篇论文,里面解释了一些和overlapping有关的问题:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp102971x

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