MD学习笔记

分子动力学（MD）操作教程

bash
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cp -r /home/databank/zzy/md-operation ${yourdir}

1. 蛋白质准备

• 缺少某些残基（Residues）
• **侧链（Side Chains）**不完整
• 甚至**主链（Main Chain）**部分缺失

2. 配体（Ligand）准备

2.1 获取配体的 3D 结构

2.2 使用 Antechamber 生成配体拓扑

• 电荷状态（Charge State）
• 键信息（Bonds）

生成 Gaussian .gjf 文件

bash
cd ${yourdir}/md-operation/sys-pre/ligprepmkdir 0168cd 0168
antechamber -i ../../../ligand/F368-0168-chem3d.sdf -fi sdf -o 0168.gjf -fo gcrt

• -fi：指定输入文件格式（file input）
• -o：指定输出文件
• -fo：指定输出文件格式（file output）
• gcrt：表示输出为 Gaussian 输入文件格式（Gaussian Cartesian Input），即 .gjf 或 .com 文件。

sed -i '1i %mem=4GB\n%nproc=4\n#B3LYP/6-31G* Pop=MK iop(6/33=2) iop(6/42=6) opt' 0168.gjf

• 1. sed 命令
• sed（stream editor）是 Linux 的流编辑工具，用于修改文件内容。
• -i：直接修改文件，不会输出到终端，而是直接在 0168.gjf 文件中进行更改。
• '1i ...'：1i 表示在 第一行前 插入指定内容。
• 2. 插入的内容
• %mem=4GB 指定 Gaussian 计算的内存为 4GB，影响计算效率。
• %nproc=4 指定 Gaussian 计算使用 4 个处理器核心（多线程并行计算）。
• #B3LYP/6-31G* Pop=MK iop(6/33=2) iop(6/42=6) opt
• # 开头的行是 Gaussian 计算方法设置：
• B3LYP/6-31G*：使用 B3LYP 方法和 6-31G 基组*（常用于有机分子计算）。
• Pop=MK：使用 MK（Merz-Kollman）电荷计算方法，通常用于生成 RESP 电荷（用于分子力场）。
• iop(6/33=2)：调整电子密度计算选项（通常与 MK 电荷计算有关）。
• iop(6/42=6)：调整表面电荷计算（用于分子力场参数化）。
• opt：几何优化（优化分子结构，使其达到最低能量构型）。

• 问题一：结构优化这一步怎么进行

运行 Antechamber 处理分子结构并计算电荷，然后使用 Parmchk2 生成力场参数

bash
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cd ${yourdir}/md-operation/sys-pre/ligprep/0168cp ../example/0168.log ./
antechamber -i 0168.log -fi gout -o 0168.prep -fo prepi -c resp
parmchk2 -i 0168.prep -f prepi -o 0168.frcmod -a y

0168.prep ：包含原子坐标、键信息及部分电荷信息（通常采用 RESP 方法 计算）。
0168.frcmod ：通过 parmchk2 生成的力场参数文件，包括：
键长（Bond Lengths）
角度（Angles）
二面角（Dihedrals）
非键相互作用参数（Non-bonded Interactions）

NEWPDB.PDB ：分子坐标文件，可用于可视化或进一步编辑。

3. 体系（蛋白-配体）准备

3.1 进行分子对接（Docking）

• Antechamber 生成的 NEWPDB.PDB 文件的原子索引（Atom Index）通常与对接结果不同。
• 由于拓扑信息（Topology）和位置信息（Position）不匹配，我们需要手动修改文件，使两者一致。

3.2 使用 Tleap 组合蛋白和配体

bash
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source ~/zzy/zyzhou-ff19sb.shexport OMP_NUM_THREADS=5

• ff19sb属于AMBER力场，全原子经典力场

运行 Tleap 生成 AMBER 拓扑和坐标文件

bash
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cd ${yourdir}/md-operation/sys-pre/tleap
sh tleap.sh
tleap.sh 会调用 tleap -f tleap.in，你可以阅读 tleap.in 了解详细内容。

• tleap是Amber分子动力学软件包中的工具
• -f tleap.in：指定 tleap.in 作为输入文件，该文件通常包含 加载力场、定义分子结构、溶剂化、离子添加等 指令。

• 📂 md-operation/sys-pre/tleap/0168-tleap/gmx/topol.top
• 📂 md-operation/sys-pre/tleap/0168-tleap/gmx/gromacs.gro

4. 预平衡（Pre-equilibration）

GPU 设置

bash
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nvidia-smi  # 检查可用 GPUexport CUDA_VISIBLE_DEVICES=2

运行 GROMACS 预平衡

bash老师*
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cd /md-operation/pre-equilibration/0168source ~/.gmx2022.5-remd.sh

bash
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mkdir em
cd em
gmx_mpi grompp -f ../mdp/minim.mdp 
        -c ../../../sys-pre/tleap/example/gmx/gromacs.gro 
        -p ../../../sys-pre/tleap/example/gmx/topol.top 
        -o em.tpr
gmx_mpi mdrun -v -deffnm em

• grompp 是 GROMACS 预处理器，用于解析 .mdp 文件并生成 .tpr 计算输入文件。
• 
• mdrun 是 GROMACS 的 核心计算引擎，用于执行 MD 计算（这里用于能量最小化）。
• gmx_mpi 版本表明 使用 MPI 进行并行计算（适用于多核/多 GPU）。

bash
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mkdir nvtt
cd nvt
gmx_mpi grompp -f ../mdp/nvt.mdp -c ../em/em.gro -r ../em/em.gro -p ../../../sys-pre/tleap/example/gmx/topol.top -o nvt.tpr
gmx_mpi mdrun -v -deffnm nvt

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mkdir npt
cd npt
gmx_mpi grompp -f ../mdp/npt.mdp -c ../nvt/nvt.gro -r ../nvt/nvt.gro  -p ../../../sys-pre/tleap/example/gmx/topol.top -o npt.tpr
gmx_mpi mdrun -v -deffnm npt

5. 生产 MD（Production MD）

bash
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cd /md-operation/mdtest/0168
gmx_mpi grompp -f 2ns-md.mdp -c ../../pre-equilibration/0168/npt/npt.gro -t ../../pre-equilibration/0168/npt/npt.cpt -p ../../sys-pre/tleap/example/gmx/topol.top -n ../../sys-pre/tleap/example/gmx/index.ndx -o md.tpr

• 参数解析：
• 
  
• -f 2ns-md.mdp：2ns 生产阶段 MD 计算参数文件。
• -c ../../pre-equilibration/0168/npt/npt.gro：使用 NPT 平衡后的坐标文件。
• -t ../../pre-equilibration/0168/npt/npt.cpt：继续 NPT 计算（断点续跑）。
• -p ../../sys-pre/tleap/example/gmx/topol.top：系统拓扑文件。
• -n ../../sys-pre/tleap/example/gmx/index.ndx：索引文件（指定计算组）。
• -o md.tpr：输出 MD 计算输入文件。

nohup gmx_mpi mdrun -v -deffnm md &

结语