一亩二分地

当Stone和scorp都在勤勤恳恳阅读Science、Cell这些大牛杂志的时候，我又在一边读着小报。不过文章介绍的则可是迄今为止世界上所完成的对分子所进行的最大的计算机模拟实验(the largest Molecular Simulation)。随着计算机计算能力的日益增长(例如最近报道的500GHz的芯片)，计算模拟已经越来越渗入到化学领域。

最理想描述分子的方式是用量子力学的方法，但是由于计算中还包括电子，所以计算量非常之大。我老板两年前曾和Roberto Car(据说是将会得诺贝尔学奖的牛人)合作，对一个包含200个原子的体系进行了运算，并于当时声称那是应用量子力学方法下最大的运算体系。可是这种方法远远不能适应于生物分子体系的模拟，往往一段alpha螺旋就已超过了200个原子，更别说往往由若干段alpha螺旋和/或beta-sheet(没上过国内的生化课，不知道该如何正确翻译，搜索得β折叠，有些不敢苟同)所组成的蛋白质。

这种情况下，所应用最多的两种方法就是分子力学（Molecular Mechanics)和分子动力学(Molecular Dynamics)。 它们其实都是基于牛顿力学，把原子作为质点来处理，把化学键的各种性质(键长、键强)用力场来描述，这样就可以我们所熟知的牛顿定律来研究由原子所组成的分子体系。而这两种方法的不同则在于，前者不和时间参数相关，往往用于最低能量构型(或最稳定构型)的搜索；而后者则和时间相关，所以在对分子的描述中，其中的原子还具有瞬时速度、加速度，从而可以知道分子构型随时间变化的情况，从而就比如可以运用于研究alpha螺旋的解旋。但要能准确的预测这些，就必须要首先有精确的力场参数。由于力场参数往往还是由拟合所得，因此势必限制了这两种方法的应用范围。若是从其优势而言，这两者可进行的计算体系则远远大于量子力学方法，可以轻松达到上万个原子。这儿所提到的最大的计算体系，就共包括了2.64 x 10⁶个原子。

分子力学虽然往往用来静态计算，但少经改装，也能用于动态情况下的计算。比如下面这个CO(一氧化碳)在血红蛋白里找路的计算：并且这个计算只需一天的时间，不过是6台并行PC协同工作的结果。

如果上面的动态计算要由分子动力学来完成，则可能将要近月、近年的时间。这是因为，分子动力学中，只允许让原子恒加速1fs（飞秒）的时间，然后就需要重新计算各原子的速度和加速度。对于一个普通的蛋白质，要做1ps的运动，就需要花将近一天的运算。所以这将是一个非常冗长的计算。幸亏有了分布式计算的出现并且类似计算并不需要很大内存，这样的计算逐步在成为可能。人们最普遍感兴趣的蛋白质的folding(折叠)与unfolding(解折叠?)，往往需要ns－ms的时间量级，也即原需要上N年的时间去完成。但由于类似Folding＠home(中文请见Chinese)等分布式计算项目的出现，这些都在成为可能。

回到我文首所提的文章，则是利用超级计算机(相当于上百上千台PC在一起工作)对ribosome(核糖体)所进行的分子动力学模拟，其要旨是在于对其动态的研究中，可以发现其中重要的位点，从而来有效的设计抗生素分子。内容我则统统掠过，推荐一些剧酷的照片，如，更多请访问下列链接：

movie: http://www.lanl.gov/news/images/sanbonmatsu_hres.mov

img: http://www.lanl.gov/news/index.php?fuseaction=home.story&story_id=7428