CHARMM 量子经典杂化模拟与药物开发应用培训课程

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• 培训对象：药物化学研究人员、计算生物学家、生物物理研究者、需要运用CHARMM进行生物大分子模拟及QM/MM计算的科研人员。

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• 培训目标：

  1. 掌握CHARMM的力场体系与输入脚本结构，能够独立完成蛋白质、核酸、脂质体系的构建与能量最小化。

  2. 熟练运用CHARMM进行分子动力学模拟，分析轨迹的稳定性、构象变化与相互作用。

  3. 掌握QM/MM混合模拟方法，研究酶催化反应机理与药物分子与靶点的结合模式。

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• 培训内容介绍：

  1. CHARMM软件概述：了解CHARMM作为生物大分子模拟领域经典软件的发展历程与核心设计理念。

  2. 力场与参数文件：理解CHARMM力场（CGenFF、CHARMM36、CHARMM22）的特点，掌握参数文件的组织结构与调用方式。

  3. 输入脚本语言：学习CHARMM输入脚本的语法，掌握数据读取、结构操作、能量计算等命令的使用。

  4. 模型构建：从PDB文件构建蛋白质体系，添加氢原子、溶剂分子与抗衡离子，设置周期性边界条件。

  5. 能量最小化：进行最陡下降与共轭梯度最小化，消除不利接触，获得合理初始结构。

  6. 平衡模拟：在NVT与NPT系综下进行体系平衡，设置温度与压力耦合算法，监控能量与密度收敛。

  7. 生产动力学模拟：运行长时间分子动力学模拟，设置积分步长、输出频率与轨迹保存方式。

  8. 轨迹分析：计算RMSD、RMSF、回旋半径、氢键占有率等，分析体系稳定性与构象变化。

  9. 自由能计算：使用伞形采样或FEP方法计算相对结合自由能，评估配体结合亲和力。

  10. QM/MM设置：定义QM区域与MM区域，选择QM方法（DFT、半经验）与边界处理方案，设置QM/MM耦合。

  11. 酶反应机理研究：使用QM/MM方法扫描反应坐标，搜索过渡态，计算反应能垒。

  12. 药物设计应用：模拟药物分子与靶点蛋白的结合模式，预测结合位点与关键相互作用。

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