使用MolAICal计算纳米管和蛋白质孔道半径的教程

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使用MolAICal计算纳米管和蛋白质孔道半径的教程

更多教程（含英文教程）请见如下：

MolAICal官方主页：https://molaical.github.io

MolAICal中文博客：https://molaical.github.io/cntutorial.html

MolAICal blogspot：https://qblab.blogspot.com

MolAICal 文章介绍：https://doi.org/10.1093/bib/bbaa161

1.简介

本教程介绍使用MolAICal计算纳米管和蛋白质半径的方法。共分为三个部分：纳米管半径计算，蛋白质孔道半径计算和肽通道半径的计算。最后一个教程是肽通道半径的测量，若果你熟悉VMD和NAMD，可以使用由CHARMM力场产生的PDB和PSF文件来测量肽通道的半径，当然也可以只使用肽段的PDB文件进行肽通道半径的测量。

2.工具

2.1. 所需软件下载地址

1) MolAICal: https://molaical.github.io

2) VMD: https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd

2.2. 操作示例文件

所有用到的操作教程文件均可在下面的网站下载：

https://github.com/MolAICal/tutorials/tree/master/005-radiiCal

3.操作流程

3.1. 纳米管半径计算

1) 在VMD软件中构建纳米管：Extensions-->Modeling-->Nanotube Builder (如图1)。

图1. 构建纳米管

2）使用类似图1的方法打开VMD Tk Console: Extensions-->Tk Console。在Tk Console中使用cd命令切换到含有文件“nanotube.pdb”和“parameter.dat”的目录，例如：

#>cd d:/005-radiiCal/nanotube

3）使用如下命令在Tk Console中保存生成的纳米管文件，并命名为“nanotube.pdb”

#>set all [atomselect top all]

#>$all writepdb nanotube.pdb

4) 选择已构建纳米管内的任意点。你可以在纳米管孔道内表面选择2个不同的原子，然后将这两个原子的连线中心作为“cpoint”。在本教程中，选择的点坐标为-0.2015 0.4185 30.147。打开“005-radiiCal\nanotube”文件夹中的“parameter.dat”，将以上所选点坐标添加到“cpoint”。然后按下文所示修改 “vector”参数：

-----------------------------------------------------------------

cpoint        -0.2015 0.4185 30.147

vector        0.00 0.00 1.00

-----------------------------------------------------------------

“0.00 0.00 1.00” 表示沿着Z轴方向的半径测量。“0.00 1.00 0.00” 表示沿着Y轴方向的半径测量。“1.00 0.00 0.00” 表示沿着X轴方向的半径测量。 通道可大致沿任意轴方向放置，即和vector的方向大致一致。

5) 在Windows DOS或Linux console中运行如下命令计算半径：

#> molaical.exe -channel radii -cpp parameter.dat

命令运行会生成 “channel_radii.dat”,“dot.vmd_plot” 和“surf.vmd_plot”文件。“dot.vmd_plot”和“surf.vmd_plot”可通过VMD软件展示通道表层。类似图1的方式打开VMD Tk Console： Extensions-->Tk Console。然后运行以下命令:

#> source dot.vmd_plot

本教程省略了纳米管卡通图的做法，你可以根据自己的偏好自行设置。你将看到如图2所示的通道点曲面：

图2. 纳米管通道表面

文件 “channel_radii.dat” 包含了反应坐标和半径值。文件“channel_radii.dat”中的第一列是反应坐标，第二列是半径值。可以使用 OriginLab, Microsoft Excel等工具将其绘制成图。绘制结果如图3所示:

图3. 半径对反应坐标作图结果

3.2. 蛋白孔道半径计算

转至教程所在目录下：

#> cd 005-radiiCal/KcsA

在蛋白通道中选择任意点，然后在参数文件“parameter.dat”中，将参数“cpoint”设置成为所选点的坐标。按照下文所示设置参数“cpoint”和“vector”：

-----------------------------------------------------------------

cpoint    0.001  0.006  1.927

vector    0.00 0.00 1.00

-----------------------------------------------------------------

“0.00 0.00 1.00” 表示沿着Z轴方向的半径测量。“0.00 1.00 0.00” 表示沿着Y轴方向的半径测量。“1.00 0.00 0.00” 表示沿着X轴方向的半径测量。通道可大致沿任意轴方向放置，即和vector的方向大致一致。

1）在Windows DOS或Linux console中运行如下命令计算半径：

#> molaical.exe -channel radii -cpp parameter.dat

2）本运算也会生成“channel_radii.dat”, “dot.vmd_plot”和 “surf.vmd_plot”文件。类似图1的方式打开VMD Tk Console： Extensions-->Tk Console。然后运行以下命令:

#> mol load pdb KcsA.pdb  

#> source dot.vmd_plot

本教程省略了蛋白卡通图的做法，你可以根据自己的偏好自行设置。你将看到图4所示点曲面：

图4. 蛋白通道的点曲面

文件 “channel_radii.dat” 包含了反应坐标和半径值。文件“channel_radii.dat”中的第一列是反应坐标，第二列是半径值。可以使用 OriginLab,Microsoft Excel等工具将其绘制成图。半径绘制如图5所示:

图5. 半径对反应坐标作图结果

注意事项：文件“parameter.dat”中的参数“conpar”是一个控制参数，参数“conpar”的默认值是0.15，其数值的增加可以提升随机测量的概率。在这种情况下，有可能出现一些奇怪的测量路线。如果你的蛋白孔道比较规则且大致沿着X, Y, Z轴的某一个方向，你可以减少参数“conpar”的数值，比如设置成0.04，但是参数“conpar”不能设置成0，这样你就能得到较为规整的测量通道。

3.3. 半径计算的高级教程

本部分示例利用由 CHARMM 力场产生的PDB和PSF文件计算多肽孔道半径。转至教程所在目录：

#> cd 005-radiiCal/GramicidinA

选择多肽孔道中的任意点。将参数“cpoint”设置为所选任意点的坐标。按照下文所示设置参数“pdbpath”, “psfpath”,“cpoint” 和 “vector” :

-----------------------------------------------------------------

pdbpath    1JNO.pdb

psfpath    1JNO.psf

cpoint    0.1625 -0.629 -1.838

vector    0.00 0.00 1.00

-----------------------------------------------------------------

“0.00 0.00 1.00”表示沿着Z轴方向的半径测量。“0.00 1.00 0.00”表示沿着Y轴方向的半径测量。“1.00 0.00 0.00”表示沿着X轴方向的半径测量。通道应大致沿任意轴方向放置，即和vector的方向大致一致。

1）在Windows DOS或Linux console中运行如下命令计算半径：

#> molaical.exe -channel radii -cpp parameter.dat -fc charmm

2）本次运算也会生成 “channel_radii.dat”,“dot.vmd_plot” 和 “surf.vmd_plot”文件。类似图1的方式打开VMD Tk Console： Extensions-->Tk Console。运行以下命令:

#> mol load pdb 1JNO.pdb

#> source surf.vmd_plot

本教程省略了多肽卡通图的做法，你可以根据自己的偏好自行设置。你将看到图6所示多肽通道 (如图6所示):

图6. 多肽通道

文件 “channel_radii.dat” 包含了反应坐标和半径值。文件“channel_radii.dat”中的第一列是反应坐标，第二列是半径值。可以使用 OriginLab, Microsoft Excel等工具将其绘制成图。半径绘制如图7所示：

图7. 半径对反应坐标作图结果