分子动力学（MD）模拟通过积分牛顿运动方程，在计算机上模拟分子体系随时间的演化。该技能覆盖两个互补工具：OpenMM（https://openmm.org/）是支持 GPU 的高性能 MD 模拟引擎，提供 Python API 与灵活的力场支持；MDAnalysis（https://mdanalysis.org/）是用于读写和分析主流模拟软件轨迹的 Python 库。
安装方式： conda install -c conda-forge openmm mdanalysis nglview
或
uv pip install openmm mdanalysis
适用场景 当需要进行以下工作时可使用本技能：蛋白质稳定性分析（如突变对蛋白动力学的影响）、药物结合模拟（表征配体结合模式与停留时间）、构象采样（探索蛋白柔性与构象变化）、蛋白-蛋白相互作用（界面动力学与结合能量学）、RMSD/RMSF 分析（量化相对参考结构的涨落）、自由能估计（结合自由能或构象自由能）、膜模拟（脂双层中的蛋白）、内在无序蛋白（IDR 构象系综）研究。
核心工作流（OpenMM 模拟）
- 系统准备：从 PDB 文件加载结构，加载力场（如 amber14-all.xml 与 amber14/tip3pfb.xml），通过 Modeller 加氢并加溶剂（10 Å 边距、150 mM NaCl），创建 System 时使用 PME 长程静电、1.0 nm 非键截断、HBonds 约束、刚性水模型。
- 能量最小化：使用 LangevinMiddleIntegrator，优先 CUDA，其次 OpenCL，最后 CPU；调用 minimizeEnergy 去除立体冲突并保存最小化结构。
- NVT 平衡：设定温度（如 300 K），添加 StateDataReporter 与 DCDReporter，运行指定步数（如 50000 步 × 2 fs = 100 ps）。
- NPT 平衡与生产：添加 MonteCarloBarostat 控制压力，更新报告器（含密度），添加 CheckpointReporter 保存检查点，运行生产模拟（如 500000 步 × 2 fs = 1 ns）。
轨迹分析（MDAnalysis）
- 加载轨迹：使用 mda.Universe 读取拓扑与轨迹文件，输出原子数、帧数与时间范围。
- RMSD 分析：先用 align.AlignTraj 对齐，再用 rms.RMSD 计算，并可绘制 RMSD 随时间变化图。
- RMSF 分析：计算每个残基的柔性，按残基平均后返回残基编号与 RMSF 值。
- 蛋白-配体接触：按距离截断（如 4.5 Å）逐帧统计接触残基。
力场选择指南 标准蛋白：AMBER14（amber14-all.xml），水模型 TIP3P-FB；蛋白+小分子：AMBER14 + GAFF2，TIP3P-FB；膜蛋白：CHARMM36m，TIP3P；核酸：AMBER99-bsc1 或 AMBER14，TIP3P；无序蛋白：ff19SB 或 CHARMM36m，TIP3P。
系统准备工具 PDBFixer 用于修复原始 PDB 的常见问题（缺失残基、原子、加氢、标准化）。小分子参数化可通过 OpenFF Toolkit 或 ACPYPE 生成 GAFF2/OpenFF 参数。
最佳实践 MD 前务必最小化；生产前先平衡（NVT 50–100 ps → NPT 100–500 ps → 生产）；使用 GPU（CUDA/OpenCL）可提速 10–100 倍；HBonds 约束下用 2 fs 时间步，HMR 下可用 4 fs；仅分析平衡后的轨迹（丢弃前 20–50%）；保存检查点以便重启；溶剂化体系需周期性边界条件；带电体系静电用 PME 更准确。
智能体操作流程 检查环境（确认工具版本与输入格式，计算前先 sanitize 分子）；明确输入（格式、标识符与参数，不确定时询问而非猜测）；先跑小规模版本并检查输出；按上述说明执行完整任务；验证结果（无效结构、单位一致性、预测模型适用域）；报告运行内容（版本、命令、参数）、已检查项与仍不确定项。
异常处理 分子解析或 sanitize 失败：报告并跳过，说明原因，绝不静默丢弃或修改结构；指令中的函数、标志或端点在当前安装版本中缺失：查阅已安装版本文档（help()、--help、官方文档）后调整并告知用户，绝不臆造 API；必需输入、标识符或参数不明确：询问用户，或在运行前明确说明假设。
完整性规则 绝不编造结果、参数、标识符、引用或统计；无法运行或验证时如实说明；计算预测是假设而非实验结果，需明确标注；版本相关细节可能过时，应以已安装版本的官方文档为准；涉及花钱、占用共享 GPU 或云配额、触碰个人或患者数据、不可撤销的操作前需先询问。
相关技能 rowan：云端分子建模与药物化学工作流平台，提供 Python API。