200ns-cMD练习记录（来源于第三期分享）

teakki技能分享教程：

分子动力学操作（GROMACS)

教程来源：

GROMACS教程：漏斗网蜘蛛毒素肽的溶剂化研究：Amber99SB-ILDN力场|Jerkwin

原始文档来自 John E. Kerrigan(jkerriga@rutgers.edu, kerrigje@umdnj.edu)

一些关于分子动力学的知识

mkdir –p your_dir_name
cd your_dir_name
cp -r /home/dddc/zzy/share/gromacs_example/2024-3-14-file  ./
cd 2024-3-14-file
source /home/dddc/zzy/share/gromacs_example/gmx-2022.sh
which gmx_mpi

操作流程

为了适应gmx2022，以下命令经过了一些调整。

经测试，正确安装gmx2022后可以使用GPU完成全流程。

注：蓝色标出的文件均已打包在 gmx_file_2024_0312.rar 中，可解压后直接获取

检查GMX版本

which gmx_mpi
# 若显示安装路径，则正确
# 例：/home/dddc/zzy/software/gmx/gromacs-2022.5/install/bin/gmx_mpi

1. 生成拓扑文件

gmx_mpi pdb2gmx -ignh -ff amber99sb-ildn -f fws.pdb -o fws.gro -p fws.top -water tip3p
# 我们得到了三个输出文件: 结构文件fws.gro, 拓扑文件fws.top, 位置限制文件posre.itp.

-ignh: 忽略输入pdb文件中的所有氢原子. 统一使用GROMOS力场的氢原子命名规则, 以免出现氢原子名称不一致的情况.

-ff: 指定使用的力场. 使用Amber99SB-ILDN力场。如果不在命令中使用-ff指定力场, 运行命令后会给出一个列表, 让你选择力场, 直接键入你要使用的力场编号再回车即可.

-f: 指定需要进行处理的蛋白质结构文件

-o: 指定一个新生成的GROMACS文件名(也可以是其它的文件类型, 如pdb)

-p: 指定新生成的拓扑文件名, 包含所有原子及原子间的相互作用参数

-water: 指定水模型. 我们使用TIP3P水模型

2. 模拟体系构建（添加模拟盒子并溶剂化）

## 添加模拟盒子
gmx_mpi editconf -f fws.gro -o fws-PBC.gro -bt dodecahedron -d 1.2


# 真空中能量最小化
gmx_mpi grompp -f em-vac-pme.mdp -c fws-PBC.gro -p fws.top -o em-vac.tpr -maxwarn 1
gmx_mpi mdrun -v -deffnm em-vac

-f: 输入蛋白结构

-o: 输出带模拟盒子信息的结构文件

-bt: 默认使用长方盒子, 可以使用-bt选项改变盒子类型, 如八面体, 十二面体等

-d: 蛋白与模拟盒子在X, Y, Z方向上的最小距离

我们使用-bt选项创建了一个菱形十二面体盒子, 因为这种盒子是接近球形, 计算效率最高. -d选项设定分子到盒子边缘的最小距离, 以nm为单位, 它决定了盒子的尺寸. 理论上在绝大多数系统中, -d都不能小于0.9 nm[6], 我们使用了1.2 nm.

# 向盒子中填充溶剂
gmx_mpi solvate -cp em-vac.gro -cs spc216.gro -p fws.top -o fws-b4ion.gro


# 能量最小化
gmx_mpi grompp -f em-sol-pme.mdp -c fws-b4ion.gro -p fws.top -o ion.tpr -maxwarn 1

-cp指定需要填充水分子的体系, 带模拟蛋白盒子, -cs指定使用SPC水模型进行填充, spc216是GROMACS统一的三位点水分子结构, -p修改体系的拓扑文件, 加入相应水分子的物理参数 -o指定填充水分子后的输出文件.

# 添加离子，平衡至中性
gmx_mpi genion -s ion.tpr -o fws-b4em.gro -neutral -conc 0.15 -p fws.top
# 选择溶剂组
> 13


# 能量最小化
gmx_mpi grompp -f em-sol-pme.mdp -c fws-b4em.gro -p fws.top -o em-sol.tpr
gmx_mpi mdrun -v -deffnm em-sol

genion默认使用的盐为NaCl.-neutral选项保证体系总的净电荷为零, 体系呈电中性, -conc选项设定需要的离子浓度(这里为0.15 M)

能量最小化参数文件em-sol-pme.mdp

3. 位置限制性预平衡模拟

# 由于GPU不支持多能量组，这里提供的mdp文件与教程里略有不同
# 我们现在需要对整个体系进行位置限制性模拟, 也就是对溶剂和离子进行弛豫同时保持蛋白质原子的位置不变. 在位置限制性模拟中会限制(或部分冻结)大分子中的原子位置, 而允许溶剂分子运动, 这样做像是将大分子浸入水中, 可以使体系进一步平衡。
# 100 ps的NVT系综平衡
gmx_mpi grompp -f nvt-pr-md.mdp -c em-sol.gro -r em-sol.gro -p fws.top -o nvt-pr.tpr
gmx_mpi mdrun -deffnm nvt-pr


# 100 ps的NPT系综平衡
gmx_mpi grompp -f npt-pr-md.mdp -c nvt-pr.gro -r em-sol.gro -p fws.top -o npt-pr.tpr
gmx_mpi mdrun -deffnm npt-pr

现在需要对整个体系进行位置限制性模拟, 也就是对溶剂和离子进行弛豫同时保持蛋白质原子的位置不变. 在位置限制性模拟中会限制(或部分冻结)大分子中的原子位置, 而允许溶剂分子运动, 这样做像是将大分子浸入水中, 可以使体系进一步平衡.

水分子的弛豫时间约为10 ps, 大体系(大的蛋白质或脂)可能需要更长的平衡时间, 因此我们要进行超过10ps的位置限制性模拟(至少要长一个数量级). 我们将进行两个阶段的位置限制性模拟: 100 ps的NVT系综平衡和100 ps的NPT系综平衡. 模拟时我们使用的温度为300 K, 它接近于大多数实验条件的室温.

有些人会在310 K下进行模拟, 因为这个温度更接近于体温或生理温度.

4. 成品模拟

# 0.1ns
gmx_mpi grompp -f npt-nopr-md.mdp -c npt-pr.gro -p fws.top -o npt-nopr.tpr
gmx_mpi mdrun -deffnm npt-nopr

# 200ns 将参数文件中步数改了，注意换算。还有上面两个图，前面的是教程上的npt-nopr-md.mdp文件，下面的图，是师姐兆寅的md.mdp文件
gmx_mpi grompp -f npt-nopr-md.mdp -c npt-pr.gro -p fws.top -o npt-nopr.tpr
nohup gmx_mpi mdrun -deffnm npt-nopr &

# nohup & 后台运行

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