原创--金属酶体系的分子动力学模拟

Babyblue · 发表于 2013-3-11 10:31:10

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最近有个群里的学生问我如何实现金属Zn离子的立场问题，我就在这里写一下我是如何实现金属酶体系的模拟的。

现在越来越多的蛋白质晶体结构被解析，很多蛋白质在行驶生物催化反应（如ATP水解，氨基酸的乙酰化，CoA的去乙酰化，甲基化等等）都需要金属离子（Mg，Zn，Ca等等）的参与，换句话说，金属离子对蛋白功能是必须的。模拟金属酶体系，现在也是分子动力学中的热点及难点，尤其现在结合量子力学与分子力学的方法（QM/MM）更是前言。热点不言而喻，JACS上文章比比皆是。难点是如何正确的描述金属离子的参数。无论是单纯的MM或者是QM/MM，如何正确的描述金属立场参数是决定模拟的成功关键，我们课题组今年引进一个专门做金属酶体系QM/MM的年轻老师，我自己是没做过金属酶体系的，我帮一个师弟处理过，我把我处理的过程写在下面，希望和大家交流!
我以amber为例来说明，本帖子所需的参数文件见附件：

Ca2+参数：
***********************************************************************************
***********************************************************************************
0 0 2

Calsium Ion
CAL
CAL  INT    1
CORR OMIT DU BEG
  0.000000
1 DUMM DU M 0 -1 -2 0.0000 0.0000 0.0000 0.000
2 DUMM DU M 1 0 -1 1.0000 0.0000 0.0000 0.000
3 DUMM DU M 2 1 0 1.0000 90.0000 0.0000 0.000
4 C0    C0 M 3 2 1 1.0000 90.0000  180.0000 2.000

DONE
STOP
***********************************************************************************
***********************************************************************************

Zn离子参数：
***********************************************************************************
***********************************************************************************
   0 0 2

Zinc Ion
ZIN
ZIN  INT    1
CORR OMIT DU BEG
  0.000000
1 DUMM DU M 0 -1 -2 0.0000 0.0000 0.0000 0.000
2 DUMM DU M 1 0 -1 1.0000 0.0000 0.0000 0.000
3 DUMM DU M 2 1 0 1.0000 90.0000 0.0000 0.000
4 Zn    Zn M 3 2 1 1.0000 90.0000  180.0000 2.000

DONE
STOP
***********************************************************************************
***********************************************************************************

Amber脚本注入：
***********************************************************************************
***********************************************************************************
source leaprc.gaff                               //载入小分子立场
loadamberparams lig.frcmod                //载入小分子参数文件
loadamberprep lig.prepc                      //载入小分子参数文件
source leaprc.ff03.r1                            //载入蛋白立场文件
set default PBRadii mbondi2

addatomtypes {{ "Zn"  "Zn" "sp3" }}    //向amber软件添加金属原子类型（Zn），名字：这主要是amber内部没有这些金属参数信息，需要自行加上
addatomtypes {{ "Ca"  "Ca" "sp3" }}    //向amber软件添加金属原子类型（Ca），名字：这主要是amber内部没有这些金属参数信息，需要自行加上
loadamberprep cals.top                      //载入自己构建的金属（Ca）参数文件
loadamberprep zinc.top                      //载入自己构建的金属（Zn）参数文件
set ZIN restype protein                      //设定金属（Zn）参数文件作为蛋白的一部分，并想氨基酸一样取一个三个字（大写，amber格式要求的）的名字（随便取，这里我把Zn离子取为ZIN）
set CAL restype protein                      //设定金属（Ca）参数文件作为蛋白的一部分，并想氨基酸一样取一个三个字（大写，amber格式要求的）的名字（随便取，这里我把Ca离子取为CAL）

proetin = loadpdb protein.pdb             //载入所模拟的蛋白，本例子，我把蛋白，金属，结晶水分子都考虑在内，放到一个PDB文件中
com = combine {protein LIG}                //把模拟的蛋白，金属，水分子，与小分子配体联合起来，作为一个模拟的整体

saveamberparm LIG lig.prmtop lig.inpcrd
saveamberparm proetin proetin.prmtop proetin.inpcrd
saveamberparm com com.prmtop com.inpcrd
savepdb com com.pdb
addions com Cl- 2
solvatebox com TIP3PBOX 10
saveamberparm com com_solvated.prmtop com_solvated.inpcrd
quit
***********************************************************************************
***********************************************************************************

参数准备好，要用VMD检查生成的参数文件对不对，初始结构是不是自己想要的，下面就可以做正常的模拟了。

关于金属的配位，有时候也是需要考虑的，类似的文献也挺多，本例子中的金属参数，是我们课题组经常用的，希望对大家有所帮助！

有什么不懂的可以P me

北极熊在飞 · 发表于 2014-8-25 14:18:48

您好！我看了您的amber金属酶体系的帖子！有几个问题想咨询您！
离子参数你贴出来了，但是是怎么来的呢？？还有能否能对参数文件稍微解释下是什么意思呢。
另外不知道您用过MCPB做金属离子参数计算没，如果做过的话我也想跟您讨论下，谢谢

xiaoniurj · 发表于 2015-5-4 10:26:55

含金属离子的熵变是怎么计算出来的啊？

Rose520 · 发表于 2021-6-19 15:34:27

请问大神，如果蛋白含铁原子如何做呢？

墨竹晓风 · 发表于 2013-3-11 10:41:48

领哥给力！

川大-灰太狼 · 发表于 2013-3-11 10:47:46

领兄，有个问题请教，你这样写的金属离子参数，在计算的时候是否考虑了其立场参数？

Babyblue · 发表于 2013-3-11 10:59:25

会自动拟合参数的，金属的配位信息和范德华半径在参数文件里面是有定义的，就相当于一个单独的立场一样，或者叫金属立场，只是按照amber来进行格式化~~~

Babyblue · 发表于 2013-3-11 11:01:08

我有空在把GMX金属配位实现，搞一搞，也贴到论坛上~~~

茜茜 · 发表于 2013-3-11 14:53:26

谢谢小瓜！！！

浙农林—老张 · 发表于 2013-3-12 19:20:40

学习了。

墨竹晓风 · 发表于 2013-3-14 22:14:11

请教领哥，力场中二面角的相角怎么确定？我看很多时候，n=1对应的phase=0，n=2对应的phase=180，是都这样的吗？

dmarkfree · 发表于 2013-8-5 10:31:39

Babyblue 发表于 2013-3-11 11:01

登录/注册后可看大图

我有空在把GMX金属配位实现，搞一搞，也贴到论坛上~~~

请问gromacs的搞好了没，来拜读一下，

iamthinking · 发表于 2013-8-14 13:14:09

请问，文中的Zn和Ca离子的参数都是一样的，这怎么区分啊？

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