现代生命科学着眼于从微观和分子水平上系统理解生命的本质。药物尤其是生物药物的设计与机体内生物大分子之间的相互作用和调控密不可分，但这些细胞和分子水平上的微观调控过程无法通过常规的实验表现，动态过程难以描述，学习理解较为抽象和复杂。

然而，通过计算机上模拟和运算，将分子层次的微观世界展现在电脑上，可以使微观世界直接被“看到”，促进学生理解生物分子间的相互作用过程，了解生物反应的分子机理。另外，通过计算机模拟、预算药物与受体生物大分子之间的关系，可进行药物分子的设计和优化先导化合物，如开启细胞膜上的离子通道，或激活特殊的酶，从而导致特定的生理变化。

    蛋白质等生物大分子的结构可通过X-单晶衍射等技术获得。但是由于蛋白质结晶困难，晶体衍射法测定的蛋白质数量仍远少于已知序列的蛋白质分子。另外，由于晶体衍射法测定的结构是静止的，而在发挥生物学功能时，其结构是运动和变化的，因此使用计算机分子模拟其结构以及运动过程，对于了解生物分子作用机制以及药物设计等是非常重要的。图12 显示了模拟的甘氨酸受体结构，该受体含5个亚基，每个亚基上有4个疏水的α-螺旋镶嵌在膜上，中间形成一个亲水离子孔道。图13中分子动力学模拟揭示了蛋白质突变以后，尽管结构变化不大，但Loop2区柔性发生了较大的变化，使得蛋白质的功能发生了改变。

图 12 学生模拟的甘氨酸受体的分子结构

图 13 分子动力学模拟显示蛋白质突变以后loop2环区柔性的变化：A图为野生型蛋白NDM-1;B图为突变体Y229W;C图为模拟的20ns时间内蛋白质总体结构变化的RMSD；D图为蛋白质中各残基的结构波动（RMSF）

图14 实验课中学生进行分子模拟实验的场景

    教学效果：通过课程实验学习，学生可以掌握先进的软件，使学生直观地“看到”分子层次的蛋白质结构，以及与活性及功能密切相关的结构变化。在仿真实验教学中，很多学生惊叹于蛋白质结构的绚丽，生物分子与配体之间相互作用的巧妙，以及分子结构中微妙的变化与功能之间的关系。通过实验，学生不仅更深入地掌握了生物化学、分子生物学课堂上所学，还学会了使用分子模拟软件，为今后从事药物设计等工作奠定了基础。

分子模拟实验--moe操作（生物信息实验）如下所示：