一、分子動力學概述
隨著生命科學理論和計算分析方法的快速發展，藥物研發已經進入一個全新的時期，計算機輔助藥物設計正是其中的領頭技術，通過虛擬篩選潛在的藥物小分子，可以大大降低新藥研發的成本。分子動力學( , MD)模擬作為計算生物學的一個分支，為研究蛋白質動力學行為、蛋白質動態相互作用和生物網絡分析提供了新視角、新途徑，可以從更微觀的角度（分子水平）研究藥物靶點蛋白的結構和其它各種性質，實現高效準確的虛擬篩選。
圖1 使用分子動力學模擬發表的SCI論文數
分子動力學是一門結合物理，數學和化學的綜合技術。分子動力學是一套分子模擬方法，該方法主要依靠牛頓力學來模擬分子體系的運動，以在由分子體系的不同狀態構成的系統中抽取樣本，從而計算體系的構型積分，并以構型積分的結果為基礎進一步計算體系的熱力學量和其他宏觀性質。
目前，比較流行的分子動力學軟件主要有：AMBER、、NAMD、。前兩個軟件開發得比較早，功能多樣、使用率高，但是收費；后兩個則是開源的，可以免費使用。如果有需要學習，它們的官網上都有合適的教程。
2013年諾貝爾化學獎授予了這個領域的三位科學家，表彰他們為大分子體系建立了多尺度模型（即動力學的理論基礎）。其中 即為研究小組的領頭人。
The Nobel Prize in 2013
Arieh
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圖2 動力學模擬結果分析示例
A為蛋白質口袋區域分析，網格處即為口袋；B為蛋白質表面靜電勢分析，口袋處位于高靜電勢區域；C表示蛋白質中一個氨基酸突變后生成了一個新的口袋，在淺黃色口袋下方出現了一個藍紫色口袋，進一步分析表明這個口袋也是一個潛在的藥物結合位點。
二、分子動力學在藥物設計中的應用情景
隨著對生物大分子的深入研究計算機輔助藥物分子設計pdf，靶點蛋白與小分子配體的相互作用，已經從傳統認識上的“鑰匙和鎖”機制，轉變成一種“手和手套”的誘導匹配（-fit）機制。這是因為科學家們逐漸認識到，蛋白質和配體的柔性使它們在相互結合時會尋求最吻合、能量最低的構象。
因此分子動力學在計算機輔助藥物設計中的用途主要有三點：
1. 在對接前，優化蛋白結構
一方面，優化同源建模技術得到的蛋白質結構，蛋白質同源建模通常都基于特定的算法與數據庫的搜索，對于非保守區域的氨基酸，其結構往往有較高的隨機性，準確度不夠，因此需要基于分子力場的動力學模擬技術予以結構優化；另一方面，需要搜索蛋白質受體的構象空間，為分子對接提供多個有代表性的蛋白構象。
2. 在對接后，驗證篩選結果，提高命中率
由于分子對接和藥效團等虛擬篩選方法，受限于篩選速度，準確率不高，因此一般需要從篩選出的前50或100個小分子化合物中，作進一步地篩選。方法一般是先利用動力學模擬優化對接后的蛋白、配體復合物，驗證蛋白與篩選出的小分子配體的結合情況；利用各種方法計算蛋白與配體的結合自由能，找出結合能最大的小分子，從而進一步篩選小分子化合物。
3. 預測藥物與靶標蛋白或DNA的結合機理
在已知一些實驗現象的情況下，如鉀離子通道的選擇通透性對于神經傳導有非常重要的意義，需要進一步研究為什么鉀離子通道會只選擇透過鉀離子，而排斥其它離子計算機輔助藥物分子設計pdf，這時最合適的方法就是應用分子動力學模擬，從微觀結構上去闡述它的機理。同樣地，對于一些靶標蛋白或DNA，如果從理論上明白了它的結合機理，就可以為藥物設計和尋找新藥提供直接線索。
三、藥物設計中分子對接與動力學模擬的流程
分子動力學的一般流程如下：
圖3 分子動力學的流程圖
而在藥物設計中分子對接與動力學結合的流程如下：
圖4 藥物設計中分子對接與動力學結合的流程圖
從圖中可以看出分子動力學可以有效地配合分子對接，在計算機輔助藥物設計中發揮自己獨特的作用。
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