隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計算能力的提升，以模擬和計算的方式去探究實驗科學(xué)中無法看到的分子機(jī)制和細(xì)節(jié)對目前的科學(xué)研究具有極大的促進(jìn)作用。在分子動力學(xué)模擬領(lǐng)域，Gromacs軟件表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢。本次簡要介紹Gromacs的模擬流程和力場構(gòu)建問題。

1. Gromacs模擬流程

1.1 結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備

Gromacs的結(jié)構(gòu)輸入文件主要為pdb和gro格式。以pdb格式為例，首先要確認(rèn)結(jié)構(gòu)文件中只包含想要模擬的分析。對于結(jié)晶水可用grep –v HOH命令清除，然后通過gmx pdb2gmx命令選擇的蛋白N、C端電荷狀態(tài)，水溶劑模型以及時候忽略原有結(jié)構(gòu)中的H原子，最重要的是通過軟件自帶的力場文件在該處產(chǎn)生適合體系的力場。

1.2 top文件

pdb2gmx命令完成后會產(chǎn)生一個top文件，文件中包含了力場文件(.itp)和分子數(shù)目

1.3 模擬盒子的構(gòu)建和溶劑填充

使用gmx editconf構(gòu)建合適尺寸的盒子，利用-bt命令選擇盒子的類型。然后利用gmx genbox填充溶劑，同時溶劑分子的數(shù)目也會更新到top文件中

1.4 添加離子

首先要ions.mdp文件，利用gmx grompp生成ions.tpr。然后利用gmx genion命令和前面生成的ions.tpr文件生成新的結(jié)構(gòu)文件，同時利用-pname、–nname、-np –nn等指定離子名稱和數(shù)目，并且利用-p topol.top將添加的離子自動更新到top文件中.

1.5 能量最小化和模擬運(yùn)行

首先，需要獲得能量最小化的mdp文件，利用gmx grompp命令將mdp文件、gro結(jié)構(gòu)文件和top文件打包生成tpr文件。然后，利用gmx mdrun命令讓能量最小化模擬運(yùn)行。

在結(jié)果產(chǎn)生的模擬運(yùn)行中，需要時間和設(shè)定更為明確的mdp文件以及能量最小化時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)文件產(chǎn)生tpr，利用gmx mdrun命令提交后續(xù)的計算。

2. 力場構(gòu)建

在整個模擬工作的前期，最為關(guān)鍵的事情就是得到準(zhǔn)確的力場參數(shù)和文件。對于蛋白質(zhì)等生物分子，Gromacs可以自動識別氨基酸并產(chǎn)生準(zhǔn)確的力場文件，但是對于某些特殊的小分子，Gromacs并不能識別和產(chǎn)生力場參數(shù)。這時候需要自己構(gòu)建合適的力場或者利用現(xiàn)有的網(wǎng)站去生成。在此推薦一個力場生成網(wǎng)站：http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/index.html。該網(wǎng)站需要認(rèn)為畫出小分子的結(jié)構(gòu)，然后會自動識別并產(chǎn)生分子的OPLS全原子力場。

結(jié)語

本文簡要介紹了Gromacs的操作流程和力場產(chǎn)生的方式。在實際的操作過程中，用戶需要準(zhǔn)確了解每個命令中的用途以及如何針對自己的需要選擇合適的力場類型以及mdp文件中的設(shè)定例如計算時長，輸出頻率，溫度和壓力的耦合方式等。另外，力場的構(gòu)建是模擬準(zhǔn)備工作中非常關(guān)鍵的一步。由于Gromacs可以識別的分子有限，對于許多工作來說，分子力場的構(gòu)建非常棘手。本文僅以opls力場為例，用現(xiàn)有的網(wǎng)站輔助生成。實際工作中針對不同的需求，在力場構(gòu)建時還會需要到一定的文獻(xiàn)調(diào)研和編程能力。

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