膜蛋白专题
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2026-5-24:
工作目录:/home/gaoxiangxu/D3Pockets/testsystem/MDPath_test_cases/beta2_extend/mdpre
下载了双分子层 popc_n128/256
关键的步骤是将复合物体系与pre-oriented的蛋白进行对齐
利用2ydv.pdb对complex.pdb进行对齐✅
产生 complex_oriented.pdb✅
利用CHARMM GUI 的步骤
pdb manipulate:
几乎总是需要检查/设置
- Terminal group patching(末端修补)
- 建议:N 端选择 NH3+,C 端选择 COO-。这会使末端的电荷状态符合生理 pH(约 7.0)。如果蛋白质末端处于跨膜区或参与特殊相互作用,可设为 None,但通常 GPCR 建议修补。
- N端 (N-terminus) 修饰选项
- NTER: 标准带电N端 (-NH₃⁺)。适用于大多数野生型、全长蛋白,模拟生理pH下的真实带电状态。
- NNEU: 中性N端 (-NH₂)。通常用于模拟极端高pH环境,常规模拟不推荐。
- ACE / ACP: 乙酰化的N端 (CH₃CO-NH-)。主要用于截短蛋白、合成肽段或蛋白片段,以模拟其在天然环境下的中性状态。
📌 C端 (C-terminus) 修饰选项
- CTER: 标准带电C端 (-COO⁻)。适用于野生型、全长蛋白,模拟生理pH下的真实带电状态。
- CNEU: 中性C端 (-COO⁻?)。这是较新的补丁,用于生成中性末端。特定研究可能需要,但对常规β2AR模拟不推荐。
- CT1: 甲酯化C端 (-COO-CH₃)。常用于合成多肽或蛋白片段以中和C端电荷,同ACE搭配使用。
- CT2: 酰胺化的C端 (-CONH₂)。常用于合成多肽或蛋白片段以中和C端电荷,同ACE搭配使用。
- CT3: 甲胺化的C端 (-CO-NH-CH₃)。常用于合成多肽或蛋白片段以中和C端电荷,同ACE搭配使用。
- Disulfide bonds(二硫键)
- 建议:必须正确设置。β2AR 在胞外环区有保守二硫键(例如 Cys106–Cys191 等)。你可以:
- 如果系统已经自动识别出配对,检查是否正确。
- 否则,手动点击“Select disulfide bonds”按钮,根据残基编号勾选正确的配对。
- 二硫键设置错误会导致结构不稳定或模拟崩溃。
- Protonation state(质子化状态)
- 建议:保持默认(系统会根据 pH 自动判断)。但若你的配体与某个组氨酸(His)有氢键或离子相互作用,建议展开该选项,检查该 His 的质子化状态是否合理(HID/HIE/HIP)。对于一般体系,可跳过。
❌ 通常不需要操作的选项(保持空白/默认)
| 不勾选(β2AR 不是环肽) |
| 不勾选(让系统重新生成更可靠) |
| 不填写(除非你要模拟点突变) |
| 全部不勾选或不填写。这些用于特殊修饰(磷酸化、糖基化、荧光标记等),常规的 β2AR 模拟不需要。 |
⚠️ 注意事项
- Glycosylation / Glycan Ligand(s):如果 β2AR 有已知的糖基化位点(如 N187),且你想模拟糖基化,才需要设置。否则保持未勾选。
- Use CHARMM MC?:即使勾选了糖基化,也不建议启用 MC 快速模式(除非你清楚后果),系统已提示需仔细检查输出。
- 二硫键常见错误:有些 PDB 文件的二硫键记录不完整或错误,务必用 PyMOL 或 VMD 确认实际距离(S-S 键长约 2.0 Å)后再在 CHARMM-GUI 中设置。
第二步,根据pdb文件(OPM)定向蛋白
第三步加磷脂双分子层:
填入脂质比例:在脂质表格中,找到 POPC 和 Cholesterol 所在的行,在 Upperleaflet Ratio (Integer) 和 Lowerleaflet Ratio (Integer) 两栏里,均填入 5 (POPC) 和 1 (Cholesterol)。
设置体系大小:保持选择 Heterogeneous Lipid。在“Length of XY based on”部分,选择 Numbers of lipid components(通过指定脂质数量),并输入一个初始值。GPCR 体系可以用 150 作为两个叶层的总数。
计算与验证:点击 "Show the system info",查看生成的脂质数量(上层应有 ~125 POPC + ~25 胆固醇)和 XY 盒子尺寸(边长通常应在 ~90-100 Å)是否合理。
保持默认:对于 Box Type(维持 Rectangular)、Length of Z based on(维持 Water thickness 默认 22.5 Å)以及“蛋白质投影”选项(目前不需要开启),都保持默认即可。
第四步好像也不需要加额外的东西
第五步也没啥,继续continue
第六步也不需要干什么,就continue
第七步:
| MD Engine | GROMACS | 这是我们使用的模拟软件,必须勾选。 |
| Force Field Options | ☑️ Hydrogen mass repartitioning (HMR) | 强烈推荐勾选。它能将所有氢原子的质量增加到 3.024 amu,是β2AR这样的大体系也能用 4 fs 时间步长模拟的关键。 |
| WYF parameter (cation-pi) | 默认 勾选。对 GPCR 的结合口袋很重要,建议保持开启。 | |
| Multi-site Ca²⁺ | 默认 不勾选。除非专门研究钙离子渗透机制,否则保持关闭。 | |
| Input Generation Options | GROMACS | 勾选 GROMACS 即可。 |
| Equilibration Options | NPT ensemble | 膜蛋白模拟的标准选择。 |
| Generate grid information for PME FFT automatically | 强烈推荐保持默认勾选。能自动计算最优的 PME 网格,提高性能,避免手动设置。 |
后续的步骤其实可以本地做,每一步都可以下载压缩文件
最关键的还是step5_assembly.*,最终的完整体系:包含蛋白、配体、脂质、水、离子。.pdb 可可视化,.psf 是分子结构文件,.crd 是坐标,.str 是CHARMM拓扑流文件
/测试下带配体,用charmm-gui
区别就在protein_info这里勾选上小分子
因为我们是预处理了小分子,所以这里有mol2文件和参数文件
- 选择:Use CHARMM General Force Field to generate CHARMM top & par files (using ParamChem service)
- 然后:在下方出现的选项中,选择 the MOL2 file uploaded from,并上传你之前下载的 .mol2 文件。
⚠️ 关键前提:你上传的 .mol2 文件中的原子顺序必须与当前 step1_pdbreader.pdb 中该配体的原子顺序完全一致。如果你是通过 Ligand Reader & Modeler 从同一个 PDB 生成的 .mol2,顺序通常是匹配的。
/这里的用antechamber,重新自己生成配体的参数文件,上传的必须是分理出的小分子
试一下Charmm-GUI自带的lig工具,沙丁胺醇是68H
生成目录:/home/gaoxiangxu/D3Pockets/testsystem/MDPath_test_cases/beta2_extend/remdpre/charmm-gui-7962314787
不好办❌
/测试下用带双分子层的蛋白(step4),嵌入分子,然后溶剂化那些步骤
基本来说就是引入配体的那条路:
工作路径:/home/gaoxiangxu/D3Pockets/testsystem/MDPath_test_cases/beta2_extend/mdpre/charmm-gui-7960295880/gromacs
先从complex_oriented.pdb中提取小分子,对齐到step5_input.pdb,然后重新运行配体处理:
/感觉有acpype,就不需要antechamber了,但是这里没有到处mol2格式,就重复一下
antechamber -i ligand.pdb -fi pdb -o ligand_ac.mol2 -fo mol2 -c bcc -s 2 -at gaff2 -nc 1 -dr no
parmchk2 -i ligand_ac.mol2 -f mol2 -o ligand.frcmod
acpype -i ligand_ac.mol2 -a gaff2 -n 1
ligand_ac.acpype生成
gmx editconf -f ligand_ac_GMX.gro -o ligand.pdb
产生复合体:
- cat protein.pdb ligand.pdb > complex.pdb
- 删除掉配体文件开头的 END 行和任何 ENDMDL 标记,确保原子坐标行是连续完整的
- gmx check -f complex.gro
✅
修改topol.gro
- // 【关键插入点】—— 在这里 #include 配体的拓扑文件#include "ligand_clean_GMX.itp"
[ molecules ]
; Compound #mols
PROA 1
CHL1 112
POPC 560
POT 167
CLA 176
TIP3 60980
LIG 1
现在体系溶剂化和离子化都完成了,运行下能量最小化
/复制已有的minim.mdp
gmx grompp -f minim.mdp -c ****_solv_ions.gro -p topol.top -o em.tpr
gmx mdrun -v -deffnm em
7.体系预平衡
gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -r em.gro -p topol.top -o nvt.tpr
gmx mdrun -deffnm nvt -v #温度平衡
#############这里可以画自由能图:gmx energy -f nvt.edr -o temperature.xvg
gmx mdrun -deffnm npt -v
#############这里也可以画个图:gmx energy -f npt.edr -o pressure.xvg
8.模拟
gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -t npt.cpt -p topol.top -o md_0_1.tpr
gmx mdrun -deffnm md_0_1 -v
or
gmx mdrun -deffnm md_0_1 -v -nb gpu
❌ 跑不动
/这么看来,对接应该放到中间,而不是开头
/测试step4的膜嵌入配体
工作目录:/home/gaoxiangxu/D3Pockets/testsystem/MDPath_test_cases/beta2_extend/remdpre
原始蛋白with 双分子层:prot_lip.pdb
处理一下:gmx pdb2gmx -f prot_lip.pdb -o prot_lip.gro -ignh -ter ❌
Fatal error:
Residue 'HSD' not found in residue topology database
对齐后的小分子:ligand_oriented.pdb
antechamber -i ligand.pdb -fi pdb -o ligand_ac.mol2 -fo mol2 -c bcc -s 2 -at gaff2 -nc 1 -dr no ✅
parmchk2 -i ligand_ac.mol2 -f mol2 -o ligand.frcmod✅
#acpype -i ligand_ac.mol2 -a gaff2 -n 1 如果是mol2分子的话就可以直接用这个
/目前看来最好的charmm-gui就是整个复合物都在charmm-gui上完成,解决一下配体的问题
