GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建


小分子配體可以廣泛應用在生物領域例如藥物設計等,其中在生物應用領域,蛋白質是最為廣泛的藥物靶點。本文介紹一種建立力場的方式以及在蛋白質-小分子模擬過程中需要注意的重要問題。

首先,我們選擇需要模擬的蛋白質和小分子。蛋白質的構象可以從在線的PDB庫找到(https://www.rcsb.org/ )。小分子的構象可以通過相關的網頁或者軟件進行構建。然后通過手動或者對接的方式將蛋白和小分子組合。這樣就可以初步得到蛋白-配體復合物的構象。如下圖:

GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建的圖1

之前的模擬介紹過如何生成蛋白質的力場。如果此時使用gmx pdb2gmx -f AA.pdb -o AA.gro命令來建立力場時,會發現gromacs無法識別小分子并產生相關的力場。在此我們介紹一種生成力場的工具:CGenFF (https://cgenff.umaryland.edu/ )我們可以通過該網站提供的工具產生mol2文件。其中要注意的是生成力場是一定要對配體把缺失的H原子補上,以生成準確的全原子力場。注意生成的mol2文件可能存在一些小錯誤需要手動修改

GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建的圖2

在此我們還需要準備需要的力場文件,然后利用我們提供的腳本來進行力場的建立。大概命令為:python ff_charmm2gmx.py AA AA_fix.mol2 aa.str charmm36-mar2019.ff力場生成后需要準確將力場文件以及對應的模擬參數文件逐個寫入top文件。如圖所示:

GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建的圖3GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建的圖4

力場生成后我們可能還需要手動修改蛋白-配體結構文件。在此我們就可以通過使用對應命令來構建盒子并且添加溶劑。如圖所示

GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建的圖5

之后的模擬就可以按步驟利用對應的mdp文件生成tpr并且進行模擬。如:

gmx editconf -f complex.gro -o newbox.gro -bt cubic -d 1.0
gmx solvate -cp newbox.gro -cs spc216.gro -p topol.top -o solv.gro

    本文中,我們主要介紹了CGenFF 這一較為精確的力場產生工具。但是在使用該工具是仍會遇到各種問題,例如腳本內容的更換,原子的檢查以及成鍵信息或者位置限定的多種方式。


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