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生物大分子模拟平台

平台设计原

生物大分子模拟平台

MD-BioMSBiological macromolecule simulation platform

 

背景:

生物大分子模拟主要是以计算机为主要技术手段,研究包含蛋白、核酸和多糖等体系的分子结构模型、分子与分子间的相互作用和大分子的动态行为并通过计算机图形可视化显示这些结果的技术。通过科学合理的分子模拟计算研究,不仅可以解释现象、建立理论、探讨机理,为实验奠定理论基础,还可以对生物大分子进行结构性能预测、对过程进行优化筛选,进而为实验提供可行性方案设计。

生物大分子模拟工作的开展依赖于计算机硬件、系统、数据库、软件以及分子模拟技术的共同支持。生物大分子模拟方法中较为常用方法有同源模建、分子对接、分子动力学。随着计算技术的发展和分子模拟的广泛应用,相关的软硬件和分子模拟技术的种类不断增多。因此对于科研工作者而言,如何选择合适的模拟设备以及如何保证研究的科学性易用性是一个难点。

 

简介:

MD-BioMS是一款将分子模拟技术与软硬件系统相结合生物大分子模拟平台。MD-BioMS集成同源模建、分子对接、分子动力学等计算方法,可用于生物大分子序列分析、生物大分子结构模拟与功能预测、生物大分子结构设计与改造、生物大分子间相互作用等研究,为蛋白改造、抗体抗原相互作用、酶催化等相关研究方向的研究人员提供研究平台和技术支持。此外,生物大分子模拟平台还可用于各高校院所的分子模拟实验室构建,用于生物相关学科的虚拟仿真教学,一方面可以开设传统实验室难以实现的实验以弥补传统实验室的不足,另一方面可以利用微观图形显示开拓学生的视野和创新性思维。生物分子模拟对科研项目的深度研究和实验教学的创新都具有十分重要的意义。

 

特色:

  • 图像:高清显示高质量图像,快速载入大分子;一键显示分子对接、分子动力学模拟结果。
  • 易用:一键完成同源建模,自动blast分析、结构构建和优化;一键完成分子对接,自动处理对接参数;一键完成分子动力学,自动调用参数并无需设置,自动构建小分子力场参数,并实时显示动力学模拟结构。
  • 科学:根据实验条件,合理预测分子质子化状态,保证分子初始结构合理性;同源模建中采用分段模建并在溶剂中精确优化结构;分子动力学可采用amber及修正力场;
  • 速度:支持GPU的高速分子动力学模拟,计算速度可达500+ns/天。

功能:

1、基因编码氨基酸

将测序后的基因序列转换为氨基酸序列,可通过比对氨基酸序列,研究临床药物耐药性作用机制,为下一步构建蛋白质三维结构做好序列准备。

2、分子三维结构建模

1) 基于多模板分段同源建模的方法,精准、高效地把通过基因转换得到的氨基酸序列构建为行驶功能的蛋白三维结构,为研究蛋白质结构与功能关系和基于蛋白结构的药物设计与筛选奠定基础。

2) 根据有机小分子二维结构,手动构建小分子三维结构,并根据实验环境pH,自动给出特定小分子合理结构。

3、分子对接

根据模拟体系的不同,将分子对接模拟分为如下两个模块:

1)小分子-蛋白相互作用:研究分子层面的小分子与蛋白的作用机制。预测小分子与受体蛋白的结合模式和关键性相互作用力大小(亲和力的高低),为后续分子动力学研究提供初始复合物结构。

2)蛋白-蛋白相互作用:研究分子层面的蛋白与蛋白的作用机制。预测蛋白与蛋白的结合模式和关键性相互作用力大小(亲和力的高低),为后续分子动力学研究提供初始复合物结构。

4、分子动力学

分子动力学模拟一方面可以得到体系随时间演变的动态信息,另一方面,也可以得到体系的热力学相关信息。分子动力学模拟广泛应用在蛋白质折叠/去折叠、抗体抗原识别、蛋白结构改造、酶催化反应机理等研究中。

5、结果分析

  • 分析蛋白和配体的氢键,疏水相互作用,π-π共轭以及离子-π共轭作用
  • 分析范德华表面,分子表面以及溶剂可及性表面。
  • 一键分析分子动力学结果,含体系能量、结合能、RMSD、RSMF、回旋半径等。

典型案例

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