關鍵詞：GROMACS；小分子；自組裝；分子動力學；回轉半徑

背景介紹

小分子自組裝過程廣泛存在于材料、生命與能源體系中，其微觀機理關乎膠束/囊泡形成、層狀有序相的出現以及功能納米結構的穩定性。相比僅觀察宏觀現象，分子動力學（MD）能在原子尺度直接揭示小分子的自組裝機理，直觀體現其自組裝過程，從而為藥物，納米材料設計提供理論依據。

本案例基于GROMACS軟件，模擬分析匹格列酮四聚體的分子自組裝過程。 

初始模型構建

首先利用Packmol構建匹格列酮四聚體模型，盒子大小為3*3*3，packmol輸入文件如圖1所示：

圖1 Packmol 輸入文件

所構建的匹格列酮四聚體初始模型結構如圖2所示：

圖2 匹格列酮四聚體初始模型結構

首先進行能量最小化：

gmx grompp -f em.mdp -c mix.gro -p top.top -o em.tpr -maxwarn 1

gmx mdrun -v -deffnm em

能量最小化后進行2 ns的平衡模擬:

gmx grompp -f md.mdp -c em.gro -p top.top -o md.tpr -maxwarn 1

gmx mdrun -v -deffnm md

模擬分析

經過2ns的平衡模擬后，可以看到四個匹格列酮小分子已經成功發生了自組裝，如圖3所示：

圖3 模擬2ns后匹格列酮四聚體結構

我們進一步分析匹格列酮四聚體的回轉半徑:

gmx gyrate -f md.xtc -s md.tpr -p

可以看到，在初始50ps的模擬過程中，分子間距離迅速收縮，表明自組裝過程已經在進行。模擬了2ns后，自組裝過程基本完成，體系的回轉半徑不再發生明顯變化。

圖4 模擬過程中回轉半徑的變化

從體系的總能量變化（圖5）也可以看出，2ns后體系的能量趨于穩定。

圖5 模擬過程中體系總能量的變化

結語

通過GROMACS模擬，本研究構建并分析了匹格列酮四聚體的自組裝行為，希望為相關科研與工程實踐提供有效參考。

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