求助：如何在分子动力学模拟中分析配体苯环与蛋白芳香残基的 π–π 相互作用？

Annualyoik

大家好，我的研究背景主要是生物学，之前接触过一些分子动力学模拟，但在计算化学的具体方法上还比较陌生。最近我遇到一个问题，想请教各位前辈：
我希望能对一段时间分子动力学模拟得到的 配体–蛋白复合体 进行 π–π 相互作用分析。具体来说：

• 配体上有苯环，并且带有不同的取代基。
• 蛋白结合口袋中有多个苯丙氨酸残基（Phe），它与配体苯环形成 T 型 π–π stacking。
• 我想比较不同取代基对这种 π–π stacking 的影响，并进一步探究这种影响是否会改变该 Phe 与另一个色氨酸形成 T 型相互作用的稳定性或频率。
  

我的问题有两个：

• 是否可以通过分子动力学模拟来实现这种 π–π 相互作用的分析？比如 Gromacs + AMBER/CHARMM/OPLS 力场是否可以区分不同取代的配体？
• 如果可以做，应该从哪些方向入手？
  
  • 比如是否有现成的工具或脚本可以统计苯环–Phe 的几何参数（环心距离、平面夹角等），从而定义 π–π stacking 的出现频率？
  • 是否需要结合 QM/MM 或 DFT 的方法来更精细地分析不同取代基的电子效应？
  • 在动力学模拟的时长和采样策略上，有没有经验性的建议？
    

因为我主要是生物背景，对计算化学的分析方法还不太熟悉，所以希望能得到一些指点，看看这个问题是否可行，以及应该往哪个方向努力。非常感谢！

sobereva

“T 型 π–π stacking”这种说法不恰当。垂直结合构型不属于一般意义的pi-pi堆积状态

强烈建议阅读此文
谈谈pi-pi相互作用
http://sobereva.com/737（http://bbs.keinsci.com/thread-51636-1-1.html）

靠主流的分子力场都可以基本合理地表现pi-pi作用。跑动力学后自己写VMD tcl脚本等方式可以分析哪里有pi-pi堆积出现、频率、平均寿命等。北京科音分子动力学与GROMACS培训班（http://www.keinsci.com/KGMX）学过一遍就会做了，里面还非常充分讲了VMD tcl分析脚本的编写。

做常规的蛋白质-配体复合物模拟就完了，没什么特殊的。

可以结合量子化学方法和Multiwfn做波函数分析精细地研究pi-pi作用，参考前述博文。