在生物体系里,大分子在运动过程中经常会出现显著的构象变化。在蛋白质中这些变化通常表现为多个柔性区域的重新排列。分子动力学模拟可以给出对体系热力学和动力学的预测,一般需要模拟时间至少与相关过程发生的时间尺度相当。一般来说,科学家所关心的现象发生的时间尺度比分子动力学模拟所能达到的极限还长出许多。由于需要大量的计算,普通的MD模拟通常是不够的。为了得到研究过程收敛的描述结果,需要非玻尔兹曼的增强采样方法。在现有的许多增强采样方法中,最重要的是定义一小部分相关自由度（反应坐标）,这些自由度能够描述系统的不同亚稳态之间的转换。在这些增强采样方法如平衡态方法伞形抽样（Umbrella Sampling）方法和非平衡态方法拉伸动力学（Steered MD）和元动力学（Metadynamics）方法中,Well-tempered Metadynamics（WTM）方法有很高的应用价值。元动力学方法可以精确的恢复体系的自由能面并给出细致的结构信息,并且比传统的模拟方法快几个数量级。在先前的研究中,Harmonic Linear Discriminant Analysis（HLDA）被成功的应用在构建低维度集合变量,具体应用体系如化学反应、结晶过程和药物解离。在这里,使用WTM的元动力学增强采样的方法配合HLDA分析方法,围绕天然状态的单体K-Ras蛋白及其突变体进行自由能的分析研究。更准确地说,是对与GTP结合的K-Ras蛋白进行了研究,其中重点研究了它的两个柔性环以及与致癌突变相关的区域。具体来说,本工作首先对每个体系进行了μs尺度的传统动力学采样,得到了体系行为的初步信息,了解了体系中构象波动中潜在的重要区域。由于传统动力学无法给出体系构象变化过程的收敛描述,需要进行增强采样模拟。通过使用HLDA方法构建多维反应坐标并对野生型和G12D,G12V,G12C突变体进行μs级别的长时间增强采样模拟,得到了体系的自由能面。在本工作中尝试了两种HLDA分析方案,其中第一种是HLDA方法的新应用,通过将不同的突变体作为不同的分类进行HLDA分析来得到最好的区分不同突变体行为的反应坐标。第二种HLDA方法是常用的方法,即按照区分构象空间中不同的构象态之间的差别的原则来构造反应坐标,通过将不同的构象态作为不同的分类,进行HLDA分析来得到区分不同构象态的反应坐标。对构象空间中不同态的相对稳定性分析表明,不同的突变体有不同的稳定构象,结果与先前的实验符合较好,并进一步与前人进行的计算研究进行了比较。在两套HLDA-metadynamics的模拟中,均对构象空间进行了细致的分析,进而得到了很多实验上未观测到的对于（亚）稳态的细致描述。因此,两种方案在K-Ras体系的模拟中都可以成功的描述体系的热力学行为。这表明,HLDA方法可以有效的指导在蛋白运动过程中对多个柔性区域进行构象采样。