歡迎來到本教程！在分子模擬領(lǐng)域，準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電荷分布對模擬的成功至關(guān)重要。AMBER力場，由Peter Kollman課題組開發(fā)，是在生物大分子模擬中廣泛應(yīng)用的一個重要分子力場。最初，AMBER力場主要用于計算蛋白質(zhì)和核酸體系，其力場參數(shù)數(shù)據(jù)來自實驗值。隨著應(yīng)用的擴(kuò)展，Kollman及其團(tuán)隊不斷豐富AMBER力場的內(nèi)容，逐步發(fā)展成一個適用于生物大分子、有機(jī)小分子以及高分子模擬的全面力場體系。RESP電荷方法，即Kollman等人在其開創(chuàng)性論文《A well-behaved electrostatic potential based method using charge restraints for deriving atomic charges: the RESP model》中提出的技術(shù)，是當(dāng)前最適合用于柔性小分子模擬的電荷模型。RESP電荷在分子動力學(xué)、構(gòu)象分析以及分子對接等應(yīng)用中展現(xiàn)出了卓越的效果。

在此教程中，我們將帶您深入了解如何使用Gaussian和AmberTools進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電荷計算。首先，您將學(xué)習(xí)如何使用Gaussian軟件優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，并計算得到esp電荷。接著，我們將介紹如何利用AmberTools對這些電荷進(jìn)行RESP擬合，同時生成所需的Amber力場參數(shù)文件。

通過本教程，您將掌握從Gaussian優(yōu)化結(jié)構(gòu)到AmberTools計算RESP電荷及力場參數(shù)的整個流程，為您的分子模擬提供堅實的基礎(chǔ)。請跟隨我們的步驟，充分利用這些強(qiáng)大的工具，提升您的模擬精度和可靠性。

1. AmberTools24的安裝

從AmberTools的官網(wǎng)下載AmberTools在Linux下的安裝包AmberTools24.tar.bz2。

需要提前安裝依賴包（Ubuntu 18.04 - Ubuntu 20.04，不同版本在官網(wǎng)查看 Installing Amber (ambermd.org)），安裝依賴包時若提示缺少必備軟件，自行安裝即可：

apt -y update

apt -y install tcsh make \

gcc gfortran \

flex bison patch bc wget \

xorg-dev libz-dev libbz2-dev

輸入tar xvfj AmberTools24.tar.bz2解壓后切換至amber24_src/build文件夾，輸入./run_cmake即可自動構(gòu)建和安裝。

在編譯結(jié)束后輸入make install （安裝時出現(xiàn)不終止安裝程序的warning可先不理會）

添加Amber至環(huán)境變量：source

/home/xxxx/amber24/amber.sh （amber的安裝目錄）

1. 分子結(jié)構(gòu)獲取

本教程以JZ4為例，從Pubchem上獲取JZ4的3D結(jié)構(gòu)SDF文件。

1. 文件處理

對SDF文件進(jìn)行處理以獲得 Gaussian 可識別的文件格式JZ4.com，可使用軟件Avogadro生成，

得到JZ4.com后修改文件后綴名為JZ4.gjf，獲得Gaussian的輸入文件，修改gjf文件選擇并補(bǔ)充合適的核數(shù)、檢查點文件、泛函和基組等關(guān)鍵詞在gjf文件的開頭，以及在坐標(biāo)后面輸入兩個文件名JZ4_ini.gesp和JZ4.gesp，（前者為初始結(jié)構(gòu)的RESP電荷，后者為優(yōu)化后的RESP電荷），修改后文件內(nèi)容如下：

1. 使用Gaussian16優(yōu)化結(jié)構(gòu)

使用Gaussian16對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化并獲得esp電荷：

g16<JZ4.gjf>JZ4.out

1. 使用AmberTools24計算RESP電荷

利用antechamber處理Gaussian優(yōu)化后的分子結(jié)構(gòu)并計算RESP電荷：

antechamber -i JZ4.out -fi gout -o JZ4.mol2 -fo mol2 -c resp -nc 0 -pf y

在JZ4.mol2文件最后一列即可見到計算出的RESP電荷：

1. 利用 parmchk 檢查成鍵相缺失

parmchk2 -i JZ4.mol2 -f mol2 -o JZ4.frcmod

1. 利用 GAFF 生成 Amber 格式力場

新建一個leap.in文件，內(nèi)容如下：

source leaprc.gaff

loadamberparams JZ4.frcmod

JZ4 = loadmol2 JZ4.mol2

check JZ4

saveamberparm JZ4 JZ4.prmtop JZ4.inpcrd

quit

輸入tleap -f leap.in命令生成Amber 格式力場

1. 利用acpype將 Amber 格式轉(zhuǎn)換為 Gormacs 格式的 amber 力場文件及坐標(biāo)文件

python /usr/local/bin/acpype/acpype.py -p JZ4.prmtop -x JZ4.inpcrd -d

生成文件拓?fù)湮募徒Y(jié)構(gòu)文件 MOL_GMX.top 和 MOL_GMX.gro

獲得的全部文件如下：

MOL_GMX.top文件中即含有力場參數(shù)與電荷信息：

最后，有相關(guān)需求，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)系