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[Gromacs] GMX中如何实现小分子的GAFF立场--小瓜

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发表于 2012-10-24 13:16:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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!

评分

参与人数 1金币 +10 收起 理由
川大-灰太狼 + 10 很给力!

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发表于 2012-10-24 13:37:35 | 显示全部楼层
领兄好贴,学习中!
发表于 2012-10-24 14:15:55 | 显示全部楼层
好帖啊!小瓜哥果然牛啊!~哈哈
发表于 2012-10-24 16:55:50 | 显示全部楼层
谢谢小瓜!
发表于 2012-11-19 09:48:21 | 显示全部楼层
好贴!!!
发表于 2012-11-19 14:45:13 | 显示全部楼层
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?
发表于 2012-11-27 16:27:47 | 显示全部楼层
极品好帖!!1
发表于 2015-3-27 09:37:17 | 显示全部楼层
赞{:soso_e100:}
发表于 2015-9-8 23:31:49 | 显示全部楼层
太给力了,好帖
发表于 2015-9-9 09:55:28 | 显示全部楼层
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。

点评

请问如何直接在leap.in文件中将两个分子合并成一个unit?  发表于 2019-5-25 16:54
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