HIV-1蛋白酶是艾滋病病毒复制周期中的关键酶，负责切割病毒多聚蛋白前体，是抗艾滋病药物的核心靶点。该蛋白酶以同源二聚体形式存在，其活性中心上方有一对被称为” flap”的柔性环区，通过开合运动控制底物进入活性口袋。理解HIV-1蛋白酶在溶液中的构象动力学对药物设计至关重要：酶的骨架在长时间模拟中是否稳定？flap区域的开合幅度与频率如何？整体分子尺寸（回转半径）是否有显著变化？本项目利用全原子分子动力学模拟对HIV-1蛋白酶开展100纳秒轨迹分析，以RMSD与回转半径刻画其构象稳定性，以逐残基RMSF定位柔性区域。
分子动力学模拟以经验力场描述原子间相互作用，通过数值积分获得体系随时间演化的轨迹。本工作采用AMBER力场与显式水模型，蛋白质与水的相互作用包括静电、范德华与氢键等贡献，长程静电采用PME方法处理以正确描述周期性体系中的库仑作用。RMSD衡量骨架原子相对参考结构的整体偏差，用于判断模拟是否达到平衡；回转半径Rg=sqrt(Σmi·ri²/Σmi)反映分子质量分布的紧凑程度，其波动可以指示蛋白质是否发生整体膨胀或解折叠；逐残基RMSF则揭示每个残基在轨迹中的位置涨落，从而定位柔性环区与刚性核心。
以HIV-1蛋白酶的同源二聚体晶体结构为初始模型，去除水分子与配体后仅保留蛋白与必要的晶体水。用AMBER工具加氢并分配力场参数，选择ff14SB力场；将蛋白置于缓冲距离10埃以上的水盒子中，添加抗衡离子使体系电中性。模拟采用标准的四步流程：最陡下降与共轭梯度能量最小化，分阶段升温至300 K，NVT系综平衡500皮秒使密度与温度稳定，最后在NPT系综下开展100纳秒生产模拟。积分步长设为2飞秒，SHAKE约束含氢键，轨迹每5皮秒保存一帧用于后续分析。
图7的左侧面板（a）给出HIV-1蛋白酶骨架RMSD与回转半径随时间的变化。蓝色RMSD曲线在模拟前约20纳秒内从零逐渐上升并达到约1.8埃的平台，此后在平台附近小幅波动直至100纳秒，未出现持续漂移，说明二聚体整体构象在显式溶剂中保持稳定，模拟已达到平衡。红色虚线为回转半径Rg，稳定在17.5埃左右并伴有约0.3埃的周期性小幅波动，表明分子保持紧凑的球形堆积，没有发生整体解折叠或单体解离。RMSD与Rg的双重稳定为后续基于该轨迹的结合自由能分析提供了可靠基础。
图7的右侧面板（b）给出按残基编号的RMSF分布。曲线在中部第46至第55残基附近出现显著尖峰，涨落高达2.5至3.5埃（图中橙色阴影区），这正是flap区域所在的位置，说明flap是整条链上柔性最大的结构单元，承担底物结合时的开合运动。第15残基附近与部分表面环区也有中等强度的涨落，而二聚体界面与活性中心附近的残基涨落明显较低，维持在1埃以下，体现了界面残基受氢键与疏水作用强烈约束的结构特征。RMSF谱图将序列柔性图景直观呈现，为设计针对闭合态活性中心的抑制剂提供了结构动力学依据。
两面板结合，左面板从整体尺度验证了模拟的稳定性，右面板从残基尺度定位了柔性功能区域，共同完成了HIV-1蛋白酶100纳秒分子动力学模拟的综合分析。
本项目对HIV-1蛋白酶进行了100纳秒显式溶剂分子动力学模拟，体系在20纳秒内平衡，骨架RMSD稳定于1.8埃，Rg约17.5埃，flap区域残基RMSF高达2.5至3.5埃，是主要的柔性功能区。案例图以RMSD与Rg时间曲线、逐残基RMSF双面板呈现。后续可拓展：(1)开展多副本长时模拟，统计flap的开闭速率与自由能景观；(2)结合MM-PBSA方法计算抑制剂结合自由能；(3)考察耐药突变对蛋白酶动力学与药物亲和力的影响。
