GROMACS使用教程Word格式.docx
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GROMACS使用教程Word格式.docx
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五模拟结果分析12
1如何将特定帧的轨迹保存成*.pdb文件12
2用ngmx观察轨迹文件(也可以用VMD观察轨迹文件)12
3比较常用的分析工具14
3.3g_covar计算斜方差16
3.4g_energy能量数据作图,如压力、体积、密度等16
3.5g_gyrate测量回旋半径17
3.6g_rms与g_rmsdist计算结构的RMSD值17
3.7g_rmsf计算原子位置的根均方波动(rmsf)18
3.8do_dssp计算模型的二级结构20
3.9g_hbond计算模拟过程中分子间的氢键的数目、距离或角度21
3.10g_saltbr分析模拟中残基间的盐桥21
GROMACS是一个使用经典分子动力学理论研究蛋白质动力学的高端的高效的工具。
GROMACS是遵守GNU许可的免费软件,可以从以下站点下载:
.gromacs.org,并且可以在linux和Windows上使用。
在本教程中,将研究一个从漏斗形蜘蛛的毒液中分离的毒素。
我们将使用显性溶剂动力学的方法来进行研究。
首先比较真空中和溶解的模型。
我们将把毒素肽溶在水盒子里,紧接着用牛顿运动定律加以平衡。
我们还将比较偿离子在显性溶剂动力学中的影响。
更全面的用法指导请参考官网的GROMACS用户手册.gromacs.org
注意:
在本教程中,将要生成的gromacs(*.gro)结构文件,可以用VMD(下.ks.uiuc.edu/Research/vmd/)查看。
一Gromacs基本模拟流程
1下载pdb文件
1OMB.pdb(.rcsb.org/pdb/)
2用pdb2gmx处理pdb文件
pdb2gmx–ignh–ffG43a1–f1OMB.pdb–ofws.pdb–pfws.top–waterspce
pdb2gmx此命令将pdb文件转换成gromacs文件并产生拓扑文件。
-ignh因为本pdb文件是由NMR产生的,含有氢原子,因此用-ignh选项忽略文件中的氢原子。
-ff指定力场(G43a1是Gromos96力场,一个通用原子力场)。
-f读入pdb文件,
-o指定一个新产生的pdb文件(也可以是其它多种类型文件)的文件名。
-p指定新产生的拓扑文件名。
拓扑文件包含了所有力场参数(基于一开始选择的力场),因此非常重要。
-water来指定水模型研究表明SPC/E水模型在水盒子模拟中表现最好。
用SPC/E水模型研究长程静电相互作用较好。
#注:
对于下面将要用到的任何命令,都可以使用“-h”查看该命令的使用方法,比如,对于命令pdb2gmx可以使用:
pdb2gmx–h
3建立盒子
editconf-btcubic–ffws.pdb–ofws.pdb–d0.9
用上面的命令建立了一个简单的立方体盒子.
-d决定了盒子的尺寸,即盒子边缘距离分子边缘0.9nm(9Å
)。
理论上在绝大多数系统中,-d都不能小于0.85nm。
注:
editconf也可以用来进行gromacs文件(*.gro)和pdb文件(*.pdb)的相互转化。
例如:
editconf–ffile.gro–ofile.pdb则将file.gro转换为file.pdb
现在就可以用产生的文件进行真空模拟了。
真空模拟就是先能量最小化,然后进行动态模拟。
4在盒子中放入溶剂
genbox–cpfws.pdb–csspc216.gro–ofws_b4em.pdb–pfws.top
genbox命令在editconf产生的盒子基础上生成水盒子。
上面的命令行指定了SPC水盒子。
genbox命令可以在给定尺寸的盒子中加入正确数目的水分子。
5设置能量最小化
em.mdp文件:
Gromacs用*.mdp文件指定所有计算的参数。
它用最速下降法消除原子位置碰撞。
编辑文件,将nsteps变成400。
如果最小化不能收敛,就用nsteps=500再做一次。
(最小化在400步一般是能收敛的,但不同的平台可能结果会不一样。
)要重做的话,必须重新运行grompp(注意:
预处理器的位置在你的机器上可能不同,用which命令来定位,即whichcpp)
em.mdp文件容:
title–标题随便取(最长64个字,简单点好)
cpp–指定预处理器的位置
define–传递给预处理器的一些定义。
–DFLEXIBLE告诉grompp将spc水模型而非刚性SPC包含进拓扑文件,以便用最陡下降法进一步最小化能量。
constraints–设置模型约束
integrator–steep,告诉gompp使用最速下降法进行能量最小化。
cg则代表使用共轭梯度法。
dt–能量最小化用不用。
只在动力学模拟中用(如md)。
nsteps–在能量最小化中,指定最大运行步数。
nstlist–更新邻居列表的频率。
nstlist=10表示每10步更新一次。
rlist–短程邻居列表的阈值。
coulombtype–告诉gromacs如何计算静电。
PME为particlemeshewald法(参见Gromacs用户手册)
rcoulomb–指定库仑力阈值
vdwtype–告诉Gromacs如何计算德华作用(cut-off,Shift等)
rvdw–指定LJ或Buckingham势能距离阈值
EMStuff
emtol–最大的力如果小于此值则能量最小化收敛(结束)(单位kJmol–1nm–1)
emstep–初始步长(nm)
6用grompp程序进行文件处理
grompp是预处理程序(即thegromacspre-processor的缩写)
grompp–fem.mdp–cfws_b4em.pdb–pfws.top–ofws_em.tpr
-f标签指定输入参数文件(*.mdp)。
-c输入结构文件(pdb文件,*.pdb);
-p输入拓扑文件
-o输出mdrun的输入文件(*.tpr)。
7使用genion和tpr文件添加离子
对生成的tpr文件加入补偿离子以中和系统中的净电荷。
我们的模型中有+2.00静电,因此加入两个氯离子。
将fws_em.tpr文件拷贝到“ionwet”子目录,并且将fws.top和posre.itp拷贝到这个目录。
用genion命令添加氯离子:
genion–sfws_em.tpr–ofws_ion.pdb–nnameCL-–nn2–gfws_ion.log
-nname指定阴离子名称(在GromosG43a1力场中,用CL-表示氯离子。
参见ions.itp查看wrt力场中离子详细信息)
-nn是指定加入的阴离子数目。
-g输出genion的log文件。
运行这个命令时,提示提供一个连续的溶剂组,应该是组12(SOL)。
输入12,回车。
程序会告知你有两个溶剂分子被氯离子代替。
现在你必须修改fws.top文件:
添加
#include“ions.itp”(注意:
3.2及以后版本会自动添加)
经过包含声明后,力场在最后减掉两分子SOL,加入两分子Cl。
8用fws_ion.pdb来产生能量最小化的输入文件
你还需要修改pr_md.mdp和md.mdp两个文件中的温度耦合参数。
加氯离子后的pr_md.mdp和md.mdp文件的温度耦合参数
;
Berendsentemperaturecouplingusingvelrescalingison
Tcoupl=v-rescale
tau_t=0.10.1
tc_grps=proteinnon-protein
ref_t=300300
记住:
如果要加入氯离子,需要重新运行第6步的grompp。
首先删除旧的fws_em.tpr文件,然后运行下面的grompp命令:
grompp–fem.mdp–cfws_ion.pdb–pfws.top–ofws_em.tpr
9在后台运行能量最小化
nohupmdrun–v–sfws_em.tpr–ofws_em.trr–cfws_b4pr.pdb–eem.edr–gem.log&
nohup...&
使任务后台运行
用tail命令检查最小化的进程
tail–15em.log
当能量最小化结束,你将看到log文件中有如下总结文字,表明最速下降收敛了。
用tail-50em.log:
二设置位置限制性动力学模拟
什么是位置限制性模拟?
你限制(或部分冻结)大分子中的原子位置,而允许溶剂分子运动。
这样做像是将水分子浸入大分子。
水分子松弛时间约为10ps。
因此我们要进行超过10ps的位置限制性模拟。
本实例中用20ps,大的模型(大蛋白或脂)可能需要更长的平衡时间,50ps或100ps或更长。
下面的设置在这个gromacs力场中运行良好。
其他力场请参考用户手册(例如在GROMOS96力场中,建议nstlist=10andrvdw=1.4)。
在coulombtype,PME代表“ParticleMeshEwald”静电势。
PME是计算长程静电势的最优算法(给出最可信的能量评估,尤其在用Na+,Cl-,Ca2+等作为补偿离子的体系)。
由于这个蛋白具有暴露的带电残基,使系统带有+2静电荷,所以适用PME算法,更为有益的是用补偿离子使系统处于电中性。
constraints中的all-bonds选项可以应用线形限制算法确定系统中的所有键长(当dt>
0.001ps时尤为重要)。
学习一下下面的mdp文件。
pr.mdp:
define声明中的–DPOSRE告诉Gromacs运行位置限制动力学模拟。
constraints声明如前所述。
all-bonds设定LINCS算法限制所有键。
integrator告诉gromacs进行何种动态算法(另外的选项“sd”代表stochasticdynamics)
dt是每步的时间(我们选择了2fs;
但此处的单位一定是ps!
)
nsteps是运行的步数(总模拟时间=nsteps*dt)。
nstxout告诉gromacs轨迹文件收集模拟快照(坐标)的频率(nstxout=250且dt=0.002,所以每0.5ps收集一快照)
coulombtype选择gromacs计算原子静电相互作用方法(PME代表particlemeshewald;
另外还
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