استاد دوره: زهرا شیبه; فارغ التحصیل کارشناسی ارشد بیوفیزیک دانشگاه تهران
به همراه گواهی شرکت در دوره معتبر از طرف شرکت دانش پردازان هدایتگر میهن (بیولوژیسم) به زبان انگلیسی
دوره جامع «دینامیک مولکولی پیشرفته» یک آموزش تخصصی و گامبهگام برای پژوهشگران و علاقهمندان به حوزههای بیوفیزیک، بیوشیمی محاسباتی، بیوانفورماتیک و طراحی دارو است. این دوره با محوریت نرمافزار GROMACS و ابزارهای تحلیل و مصورسازی، دانشجویان را با مهارتهای لازم برای شبیهسازی و بررسی رفتار مولکولها در مقیاس اتمی آشنا میکند.
در طول دوره، مباحث کلیدی شامل آمادهسازی ساختارهای زیستی (PDB)، پایگاههای داده، میدان نیرو و مدلهای آب، ایجاد جعبه شبیهسازی، حلالسازی، افزودن یونها و کمینهسازی انرژی آموزش داده میشود. سپس مراحل تعادل NVT و NPT و اجرای شبیهسازی دینامیک مولکولی بهصورت عملی بررسی خواهند شد. در ادامه، تحلیل دادهها با شاخصهایی نظیر RMSD، RMSF، سطح تماس با حلال و انرژی سیستم آموزش داده شده و در نهایت، مصورسازی و تحلیل پیشرفته با نرمافزارهایی مانند VMD و PyMOL انجام میگیرد.
ویژگی ممتاز این دوره تأکید بر کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی است. شرکتکنندگان میآموزند چگونه از دینامیک مولکولی برای شناسایی اهداف دارویی، بررسی برهمکنش پروتئین–لیگاند، غربالگری مجازی ترکیبات دارویی، بهینهسازی ساختارهای زیستی و طراحی مولکولهای نوین استفاده کنند. همچنین نقش این روش در توسعه بیوتکنولوژی صنعتی، شامل طراحی آنزیمهای مهندسیشده و بهبود فرآیندهای زیستی، مورد بحث قرار میگیرد.
در پایان این دوره انتظار میرود دانشجویان:
- توانایی طراحی و اجرای شبیهسازی دینامیک مولکولی برای سیستمهای پروتئینی، نوکلئیکاسیدی و کمپلکسهای زیستی را کسب کنند.
- بتوانند نتایج شبیهسازی را تحلیل و شاخصهای ترمودینامیکی و ساختاری را تفسیر کنند.
- از ابزارهای محاسباتی برای طراحی داروهای هدفمند و مولکولهای زیستی کاربردی در صنعت بهره بگیرند.
- قابلیت ترکیب روشهای محاسباتی و تجربی را برای ارتقای پروژههای تحقیقاتی خود توسعه دهند.
این دوره بهویژه برای دانشجویان و پژوهشگران رشتههای بیوفیزیک، بیوشیمی، بیوتکنولوژی پزشکی و طراحی دارو طراحی شده است و میتواند سکوی پرتابی برای ورود به پروژههای تحقیقاتی پیشرفته و صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی باشد.
سرفصل های دوره
- مقدمه و ساختاPDB
- پایگاههای داده و انواع فایلها (Databases & File Types)
- میدان نیرو و مدل آب (Force Field & Water Models)
- ایجاد جعبه شبیهسازی و حلالسازی (Box & Solvation)
- افزودن یونها (Adding Ions)
- کمینهسازی انرژی (Energy Minimization)
- تعادل NVT
- تعادل NPT
- اجرای شبیهسازی دینامیک مولکولی (MD Run)
- تحلیل دادهها (Analysis)
- مصورسازی و تحلیل پیشرفته (Visualization & Advanced Analysis)
توضیح تفصیلی سرفصل ها:
1. مقدمه و ساختار PDB
در ابتدای دوره، دانشجو با مفهوم دینامیک مولکولی، تاریخچه و پیشگامان این حوزه آشنا میشود. فایلهای PDB (Protein Data Bank) بهعنوان منبع اصلی دادههای ساختاری معرفی میگردند. همچنین انواع فایلها و پایگاههای داده مرتبط مرور میشوند و مقدمات کار با نرمافزار GROMACS و دستورات پایه لینوکس آموزش داده میشود.
۲. میدان نیرو و مدلهای آب
میدان نیرو (Force Field) مجموعهای از قوانین و پارامترها برای محاسبه انرژی و نیروهای وارد بر سیستم است. در این بخش اجزای میدان نیرو شامل پیوندها، زاویهها، دیهدرالها و برهمکنشهای غیرپیوندی توضیح داده میشوند. سپس انواع میدان نیرو مانند AMBER، CHARMM و GROMOS معرفی شده و مدلهای آب (TIP3P، SPC/E، TIP4P) مقایسه میشوند. همچنین مفهوم مدلهای ترکیبی (QM/MM) و کاربرد عملی میدان نیرو در GROMACS بررسی میگردد.
۳. جعبه و حلالسازی
پس از انتخاب ساختار، باید آن را درون یک جعبه محاسباتی قرار داد تا شبیهسازی در شرایط نزدیک به محیط طبیعی انجام شود. انتخاب اندازه و شکل جعبه اهمیت زیادی دارد و ابزارهایی مانند PyMOL برای اندازهگیری بهکار میروند. سپس با افزودن آب و حلالهای مختلف، محیط شبیهسازی ایجاد میشود. این مرحله برای پایداری ساختار و واقعگرایی بیشتر حیاتی است.
۴. افزودن یونها
برای شبیهسازی دقیقتر، لازم است بار الکتریکی سیستم خنثی شود و غلظت یونی مشابه شرایط فیزیولوژیک تنظیم گردد. این کار با استفاده از فایلهای تنظیمی (ion.mdp، grompp) و دستور genion در GROMACS انجام میشود. پس از افزودن یونها، ساختار سیستم بررسی و تصویریسازی میشود تا از صحت آمادهسازی اطمینان حاصل گردد.
۵. کمینهسازی انرژی
قبل از اجرای دینامیک، ساختار باید از تنشها و برخوردهای غیرواقعی آزاد شود. در این مرحله با استفاده از الگوریتمهای مبتنی بر گرادیان (روشهای مشتق اول و دوم)، سیستم به نزدیکترین حالت پایدار انرژی منتقل میشود. اجرای فایل minim.mdp در GROMACS امکان انجام این فرآیند را فراهم میکند. کمینهسازی انرژی اساس کار شبیهسازی موفق است.
۶. تعادل NVT
در این مرحله، سیستم در شرایط حجم ثابت و دمای کنترلشده (NVT) به تعادل میرسد. کنترل دما اهمیت زیادی دارد زیرا تغییرات ناگهانی میتواند منجر به ناپایداری شود. ترموستاتهایی مانند Berendsen و Andersen برای تنظیم دما استفاده میشوند. اجرای فایل nvt.mdp باعث تثبیت انرژی جنبشی و رسیدن سیستم به دمای هدف میگردد.
۷. تعادل NPT
پس از تعادل دمایی، فشار سیستم نیز باید کنترل شود. در شرایط NPT، فشار ثابت نگه داشته میشود و حجم جعبه میتواند تغییر کند تا به حالت پایدار برسد. الگوریتمهایی مانند Nose–Hoover و Parrinello–Rahman برای تنظیم فشار بهکار میروند. این مرحله شرایط محیطی واقعیتر را شبیهسازی میکند و پس از آن سیستم آماده اجرای MD اصلی است.
۸. اجرای دینامیک مولکولی (MD Run)
در این بخش، شبیهسازی اصلی انجام میشود. با اجرای فایل md.mdp، مسیر زمانی حرکت اتمها محاسبه میگردد. نتایج شامل تغییرات ساختاری، انرژی و پویایی مولکولهاست. مفاهیم مهمی مانند توزیع بولتزمن و چشمانداز همساختاری (Conformational Landscape) توضیح داده میشوند تا درک درستی از رفتار مولکولها بهدست آید.
۹. تحلیل دادهها
خروجی شبیهسازی باید تحلیل شود تا اطلاعات معنادار استخراج گردد. شاخصهایی مانند RMSD (انحراف ساختاری)، RMSF (نوسان باقیماندهها)، انرژی سیستم، سطح تماس با حلال (SASA) و ممان دوقطبی بررسی میشوند. این تحلیلها امکان مقایسه پایداری، انعطافپذیری و ویژگیهای ترمودینامیکی ساختار را فراهم میکنند.
۱۰. ابزارهای Visualization و تحلیل پیشرفته
در پایان، نرمافزارهایی مانند VMD، PyMOL و HyperChem برای مشاهده مسیر شبیهسازی و بررسی جزئیات ساختار ثانویه معرفی میشوند. این ابزارها به پژوهشگر کمک میکنند تا تغییرات ساختاری را به صورت بصری دنبال کرده و تحلیلهای دقیقتری روی نتایج انجام دهد.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.