Babyblue 发表于 2012-10-24 13:16:37

GMX中如何实现小分子的GAFF立场--小瓜

GAFF立场在GMX软件中的实现步骤

1小分子的GAFF参数可以用Antechamber来构建，电荷目前有2个比较合理的处理小分子，AM1-bcc和RESP电荷。AM1-bcc可以用antechamber直接得到，也可以用

   chimera来实现。具体可以结合自己会的来做即可。Resp需借助第三方程序来处理得到（高斯+amebr）。拿到小分子GAFF参数后，需要用脚本来进行转化成GMX
   
   识别的参数文件，因为GMX和amber格式的参数文件很不一样，这样就导致程序识别不了GAFF的参数文件。转化可以用amb2gmx.pl和acpype.py脚本.这样就可以
   
   得到小分子的gro和top文件。gro文件GMX可以识别，但top文件GMX还是不能识别，需要自己手动改动。需要对GMX的立场和参数文件有一定的熟悉度。最后得
   
   gro与itp文件。实现命令如下：
   
   a.产生小分子的高斯输入文件：（假设小分子名字为lig.mol2)
   
   antechamber -i lig.mol2 -fi mol2 -o lig.com -fo gcrt -pf y -gm "%mem=4096MB" -gn "%nproc=8" -nc 1 -gk "#HF/6-31G* SCF=tight Test Pop=MK iop(6/33=2) iop(6/42=6)"
   
   b.用高斯计算小分子的静电势：
   
   nohup g09 lig.com > lig.log &
   
   c.把高斯的输出结果做resp电荷拟合：
   
   antechamebr -i lig.out -fi gout -o lig.mol2 -fo mol2 -c resp -rn LIG
   
   d.小分子参数的检查与坐标改动（因为高斯计算结果不会改动小分子的构想，但会改变小分子的移动，即相对运动。消除相对移动只需要把坐标改成原始坐标即可，然后再产生GAFF缺失的参数文件）
   
   parmchk -i lig.mol2 -f mol2 -o lig.frcmod
   
   lig.frcmod即是小分子的缺失的参数文件
   
   e.生成小分子的amber参数文件（lig.prmtop与lig.inpcrd）
   
   先写个leap.in脚本文件，内容如下：
   
   source leaprc.ff99SB
   source leaprc.gaff
   loadamberparams lig.frcmod
   lig=loadmol2 lig.mol2
   check lig
   saveamberparm lig.prmtop lig.inpcrd
   savepdb lig lig.pdb
   quit
   
   然后运行 tleap命令即可：
   
   tleap -f leap.in
   
   这样就拿到了小分子的参数文件 （lig.prmtop与lig.inpcrd）
   
   f.调用脚本程序（amb2gmx.pl和acpype.py），尽量用acpype.py,比较稳定，需要安装python2.7版本环境，才能运行。命令如下
   
   python acpype.py -p lig.prmtop -x lig.inpcrd -d
   
   这样就产生不太合法的lig.gro与lig.top文件，gro文件GMX可以识别，但是top文件GMX识别不了，这样需要对GMX的参数和立场文件非常熟悉才行，不然不知道该如何处理才能生成itp文件，其实itp文件与top文件
   
   大概一样，但是top文件比较广泛，可以包含itp文件，小分子需要包含在蛋白质里面，所以必须把lig.top文件处理成lig.itp文件。具体做法就是除去表头，改动原子类型，再出去后面的附加信息即可。这样就拿
   
   到了lig.gro与lig.itp2个GMX必须的输入文件。
2拿到小分子参数之后（lig.gro与lig.itp），蛋白文件（例如为rec.pdb）下面步骤为把蛋白和小分子叠合到一起，这样就可以做分子动力学来研究小分子与蛋白之间作用。
   a.处理蛋白，加水模型，忽略蛋白自带的氢原子，得到gmx的受体文件
   
   pdb2gmx -f rec.pdb -o rec_gmx.pdb -water tip3p -ignh
   b.得到小分子的pdb文件，以便合并
   
   editconf -f lig.gro -o lig.pdb
   
   c.合并蛋白与小分子
   
   grep -h ATOM rec_gmx.pdb lig.pdb > rec_lig.pdb
   
   d.把小分子参数加到蛋白里面
   
   在蛋白的top文件加上lig.itp文件即可，还要在系统说明中加上小分子
   
3加水盒子、离子(盒子大小、类型、离子类型根据研究体系而定)
   
   editconf -f rec_lig.pdb -o rec_lig_box.gro -c -d 1.2 -bt cubic
   
   genbox -cp rec_lig_box.gro -cs spc216.gro -o com_wat.gro -p topol.top   
   grompp -f ions.mdp -c com_wat.gro -p topol.top -o ions.tpr            
   
   genion -s ions.tpr -o model_wat.gro -p topol.top -pname NA -np 3
   
   这样就加好了水盒子和离子来中和体系，特殊体系，需要特殊处理，还可以调节PH和生理盐浓度等等（自己慢慢琢磨~）
         
4下面就做连续的能量优化，来放松模拟的体系，因为蛋白加氢原子和加水分子都是按照特定的排序加上的，可能会产生不合理的碰撞等等
   
   第一步优化：优化水分子和加入的离子，限制蛋白和小分子（限制文件需要自己产生，因为蛋白的限制文件有，但小分子的限制文件没有，可以用用make_ndx+genrest这个命令组合来处理，这里面就不详细说了）
   
   
   grompp -f min1.mdp -c model_wat.gro -p topol.top -o min1.tpr
   
   mdrun -deffnm min1(程序会产生默认的名字)，但模拟的体系都比较大，所以需要并行处理，
   
   如下用mpirun 24个核来做并行计算
   
   mpirun -np 24 mdrun -deffnm min1
   第二步优化：优化蛋白侧链，限制蛋白骨架和小分子（限制文件需要自己产生，因为蛋白的限制文件有，但小分子的限制文件没有，可以用用make_ndx+genrest这个命令组合来处理，这里面就不详细说了）
   grompp -f min2.mdp -c min1.gro -p topol.top -o min2.tpr
   mdrun -deffnm min2(程序会产生默认的名字)，但模拟的体系都比较大，所以需要并行处理，
                                                                                    
   如下用mpirun 24个核来做并行计算                                                   
                                                                                    
   mpirun -np 24 mdrun -deffnm min2
   
   第三步优化：全局优化                                                
                                                                                                                                                                                          
   grompp -f min3.mdp -c min2.gro -p topol.top -o min3.tpr                                                                                                                              
                                                                                                                                                                                          
   mdrun -deffnm min3(程序会产生默认的名字)，但模拟的体系都比较大，所以需要并行处理，                                                                                                   
                                                                                                                                                                                          
   如下用mpirun 24个核来做并行计算                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                                                          
   mpirun -np 24 mdrun -deffnm min3                                                                                                                                                      
5 加热体系（300K为例），NVT过程，加热过程需要限制蛋白和小分子的过度摆动，需要做限制，限制可以利用优化过程的参数文件
   grompp -f nvt.mdp -c min3.gro -p topol.top -o nvt.tpr                           
                                                                                    
   mdrun -deffnm nvt (程序会产生默认的名字)，但模拟的体系都比较大，所以需要并行处理，
                                                                                    
   如下用mpirun 24个核来做并行计算                                                   
                                                                                                                                                                        
   mpirun -np 24 mdrun -deffnm nvt
6 平衡体系，npt过程

grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -p topol.top -o npt.tpr                              
                                                                                    
mdrun -deffnm npt (程序会产生默认的名字)，但模拟的体系都比较大，所以需要并行处理，
                                                                                    
如下用mpirun 24个核来做并行计算                                                   
                                                                                    
mpirun -np 24 mdrun -deffnm npt                                                   
6 prod MD，npt过程(也可以是nvt过程，根据研究需要来做，但npt比nvt要稳定)                                                                  
                                                                                       
grompp -f prod.mdp -c npt.gro -p topol.top -o prod.tpr                                 
                                                                                       
mdrun -deffnm prod (程序会产生默认的名字)，但模拟的体系都比较大，所以需要并行处理，   
                                                                                       
如下用mpirun 24个核来做并行计算                                                      
                                                                                       
mpirun -np 24 mdrun -deffnm prod
7 动力学结果分析（。。。）

分析过程是动力学的精髓部分，不同人的出来不同的结果，要抓住模拟的假设，根据目的去分析想要的数据，来支持自己的假设。没有假设就去做动力学，基本不会得到什么好的结果。关于这一部分，你需要多看文献

才能知道为什么要做分子模拟。

以上是如何利用GAFF立场在GMX软件里实现分子模拟，之所以这个比较重要，因为GAFF立场处理有机小高分子有很大的优势，但在GMX没有GAFF立场，所以需要利用各种软件组合来实现。这些以后做多了，你就会了！后面

我会教你如何实现膜蛋白的模拟，慢慢来，还要做实验。

小瓜！

greatzdl 发表于 2015-9-9 09:55:28

将小分子和蛋白用tleap直接合并成一个unit，反正小分子是gaff力场，蛋白肯定也是要用amber力场，在tleap里面加水盒子，加离子，最后转成gro和top文件，这样省得麻烦了。

Khuntoria 发表于 2020-4-22 00:19:19

模拟小白想问一下，如何生成GAFF力场的拓扑文件呢?目前只知道需要ambertools,acpype，高斯三种软件，但具体如何创建拓扑还是很迷茫，不太会用，恳请大神指点一下，感谢

Khuntoria 发表于 2020-4-22 00:13:34

模拟小白想请教一下，如何生成GAFF力场的拓扑文件啊，目前只知道需要ambertools,acpype,高斯三种软件，但是具体如何创建拓扑还是很迷茫，恳请各位老师指点一下把

川大-灰太狼 发表于 2012-10-24 13:37:35

领兄好贴，学习中！

大工-阿里巴巴 发表于 2012-10-24 14:15:55

好帖啊！小瓜哥果然牛啊！~哈哈

大工大-Chemoinf 发表于 2012-10-24 16:55:50

谢谢小瓜！

wangqiang306 发表于 2012-11-19 09:48:21

好贴！！！

lzzlzm 发表于 2012-11-19 14:45:13

领兄。。。请教下，amber中想要读取小分子力场文件，除了rdparm之外，有没有什么程序可以将这些参数直接输出到文本文件？

三郎 发表于 2012-11-27 16:27:47

极品好帖！！1

一泓山人 发表于 2015-3-27 09:37:17

赞{:soso_e100:}

stone 发表于 2015-9-8 23:31:49

太给力了，好帖
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