隨著近年來計(jì)算機(jī)算力的顯著提升，計(jì)算機(jī)對(duì)于微觀科學(xué)問題的解決發(fā)揮了非常重要的作用。目前理論、模擬和實(shí)驗(yàn)可謂解決科學(xué)問題的三輛并駕齊驅(qū)的馬車。今天以KALP15蛋白為例，主要介紹基于Gromacs進(jìn)行膜蛋白體系的構(gòu)建和模擬。

1. 蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)處理。首先通過可視化軟件（VMD、pymol等）檢查結(jié)構(gòu)文件中的分子成分，去除不需要的組分。然后通過pdb2gmx命令講原始結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換并選擇相應(yīng)力場。

2. 選擇合適的膜組分。根據(jù)自身需要選擇合適的磷脂成分（https://people.ucalgary.ca/~tieleman/download.html 可下載相關(guān)結(jié)構(gòu)和力場）。并且在該步驟利用蛋白和磷脂力場構(gòu)建需要的topol文件。

3. 選擇合適的蛋白和磷脂取向。由于膜蛋白的取向和在膜上的高度是固定的，因此要根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道確定合適的取向和位置。該步驟可使用trjconv和editconf等命令可以進(jìn)行構(gòu)象的調(diào)整。如圖所示

4. 磷脂對(duì)蛋白質(zhì)的包裹。由于上個(gè)步驟中構(gòu)建的體系僅僅是調(diào)整了取向，磷脂還是非常松散，因此需要將磷脂進(jìn)行收縮堆積。這里參考使用了InflateGRO方法。通過genrestr命令對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行位置限制，保證蛋白質(zhì)位置不變，僅僅改變磷脂位置，讓其自身進(jìn)行縮放，可縮放多次，直至達(dá)到結(jié)構(gòu)的設(shè)定數(shù)值。

5. 模型構(gòu)建完成之后，需要使用genion和solvate命令添加離子和水。但是此時(shí)需要注意，該步驟填充的水和離子會(huì)出現(xiàn)雙層膜之間，這種結(jié)構(gòu)是不合理的，需要手動(dòng)去除雙層膜熟睡核心的水分子。完成后結(jié)果如圖所示：

6. 隨后就可以通過grompp命令產(chǎn)生tpr文件并使用mdrun命令進(jìn)行計(jì)算。

7. 結(jié)果分析：對(duì)于蛋白可以采用二級(jí)結(jié)構(gòu)、RMSD等參數(shù)刻畫蛋白質(zhì)特征，對(duì)于膜或者磷脂來說則可以通過序參數(shù)表征膜的有序程度例如有序相和無序相等。如圖所示：

也可以通過density命令分子膜的密度等特征。如圖所示：

在膜蛋白體系的模擬中，有許多其他的小問題需要注意。例如壓力耦合的設(shè)置、原子重疊甚至系統(tǒng)崩潰等問題，需要針對(duì)性的進(jìn)行檢查和排除。

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