Amber软件中动力学模拟的步骤

Molecular Dynamics simulation ——从能量最小化到实际模拟1 基本流程图Minimization Equilibrium Production Run 1）概述前面我们已经得到了Amber 用来动力学模拟的prmtop 和inpcrd 文件，它们分别是参数文件和坐标文件。

我们先从一条命令说起来解释Amber 是如何做动力学模拟的：sander –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c inpcrd –r rst –x mdcrd

动力学过程是一个连续地解牛顿运动方程的过程：上一个牛顿方程结束时，蛋白质中各原子的位置和速度保留给下一个牛顿方程，惟一改变的是原子的加速度，它会根据各种势能函数重新计算（势能随原子坐标改变：E=f （r,…））。只不过每个牛顿方程的时间很短，短到fs （10-15s ）级，Amber 软件提供的sander 主程序可以用来自动地做这样的数值计算。它需要参数文件（prmtop ）、坐标文件（inpcrd ）、sander 程序配置文件（mdin ）来启动运行，我们已经有了前两种文件，本节内容最主要的就是讲解如何配置我们需要的动力学模拟。sander 程序运行过程中会输出临时文件（rst ）保存坐标和速度，还有轨迹文件置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误

（mdcrd）。

2）动力学过程

从基本流程图可以知道，一般的动力学过程也就可以分为三步：能量最小化（minimization）、体系平衡（equilibrium）、实际动力学模拟。

由于我们进行的初始结构来自晶体结构或同源建模，所以在分子内部存在着一定的结构张力，能量最小化就是真正的动力学之前释放这些张力，如果没有这个步骤，在动力学模拟开始之后，整个体系可能会因此变形、散架。

另外，由于动力学模拟的是真实的生物体环境，因此必须使研究对象升温升压到临界值，体系达到平衡，才能做实际的动力学模拟。

2 各流程输入文件

要通过Amber软件做动力学模拟，需要明白如何去配置上述过

程中的每一步。一般来说就是指定一些键/值对。

1）

Minimization 第一行是标题，&cntrl 是起始符，”/”是结束符，中间的键/值对就是参数配置。上述的参数配置可以归纳如下：

imin=1

Choose a minimization run ，指定做能量最小化的动力学。ntx=1Read coordinates but not velocities from ASCII formatted inpcrd coordinate file ntx 指定如何获得坐标信息，这里直接从inpcrd 中读取坐标信息。maxcyc=2000Maximum minimization cycles 能量最小化的算法涉及循环迭代，这里指定迭代次数。ncyc=1000The steepest descent algorithm for the first 0-ncyc cycles, then switches the conjugate gradient algorithm for ncyc -maxcyc cycles 如上所说，循环迭代的算法不同，此处指定到哪一步第一种迭代算法结束。ntpr=100Print to the Amber mdout output file every ntpr cycles 这个表明采集计算信息的频率，输出到mdout 文件中。

cut=8.0Nonbonded cutoff distance in Angstroms 由于计算能量时需要有一个截断距离，这个参数指定截断距离。其余两个参数都是能量最小化时不可用的参数，下面会具体说明。隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要

2）Heating （Equilibrium step1）上述的参数配置可以归纳如下：

imin=0Choose a molecular dynamics (MD) run [no minimization]开始做动力学，而不是能量最小化。nstlim=10000Number of MD steps in run (nstlim * dt = run length in ps)动力学过程的步长，前面说过动力学的原理，它是连续地解牛顿运动方程。动力学的时长会等于步长（nstlim ）乘以每一步的时间间隔（如下，dt ）。dt=0.002Time step in picoseconds (ps). The time length of each MD step 每一步的时间间隔，单位是ps 。ntf=2

Setting to not calculate force for SHAKE constrained bonds ntc=2

Enable SHAKE to constrain all bonds involving hydrogen 以上两个参数针对氢原子做shake 限制，主要由于氢原子的振动频率过高，氢原子的运动还存在量子效应。tempi=0.0Initial thermostat temperature in K (see NMROPT section)temp0=300.0Final thermostat temperature in K (see NMROPT section)以上两个参数指定初始温度和升温后的温度。ntwx=1000Write Amber trajectory file mdcrd every ntwx steps 将坐标信息写入轨迹文件的频率。ntb=1Periodic boundaries for constant volume

采用周期性边界的恒容条件，表明这是一个NVT 系综，周期性边界在附录中说明。等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

ntp=0

No pressure control 暂时不考虑控制压力。

ntt=3Temperature control with Langevin thermostat gamma_ln=2.0Langevin thermostat collision frequency 以上两个参数指定如何控制温度。

nmropt=1NMR restraints and weight changes read (see NMROPT section)这个参数原本用于指定nmr 限制，现在被机智地借来用于控制升温过程。 升温过程的控制：这三行配置表示，在10000步的升温中，在最初的9000步中，温度将从0K 升到300K ，最后9001步到10000步，温度会保持在300K 。3）Equilibrium step2、Production

注意：这里配置的动力学时间只有60ps ，主要是为了演示；一般来说视体系的大小和研究的需要，模拟的时间一般会更长。第二步平衡（体系升压）与实际动力学的参数配置是一样的，因

为实际动力学便是在恒温恒压下进行的。板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同完毕，要进行检查和检测处理。试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造报告与相关技术资料，并且了解现场设备高料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。电机一变压器组在发生内部故障时，需要进除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

上述的参数配置可以归纳如下：

ntx=5

Read coordinates and velocities from unformatted inpcrd coordinate file ntx 等于5表示将读取另一种格式的inpcrd 文件，它往往配合irest=1（如下）使用。irest=1Restart previous MD run [This means velocities are expected in the inpcrd file and will be used to provide initial atom velocities]irest 等于1表明将重启上一次的动力学，也就意味着希望能从输入文件中读取到上一次动力学结束时对应的（除了坐标信息外的）原子速度信息（储存在rst 文件中）。temp0=300.0Thermostat temperature. Run at 300K 动力学过程中需要控制保持的温度，一般在300K 左右ntb=2

Use periodic boundary conditions with constant pressure 采用周期性边界的恒压条件。一般动力学即采用此NPT 系综。ntp=1Use the Berendsen barostat for constant pressure simulation

设定控压的算法。不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

3.进入Amber 实际操作

1） min1：限制蛋白，溶剂部分能量最小化

终端运行命令：$AMBERHOME/bin/sander -O -i min1.in -o min1.out –p NAME.prmtop -c NAME.inpcrd –r min1.rst -ref NAME.inpcrd

$AMBERHOME 指定Amber 软件安装包的目录信息。NAME.prmtop 、NAME.inpcrd 即表示prmtop 文件盒inpcrd

文件。-ref 表示按照给定的坐标信息来限制蛋白，这里按照蛋白的inpcrd 内的坐标信息。2） min2：放松蛋白，整个体系能量最小化、管路敷设技术设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。调试高中资料试卷技术动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

终端运行命令：$AMBERHOME/bin/sander -O -i min2.in -o min2.out –p NAME.prmtop -c min1.rst -r min2.rst 输入的坐标信息来源于上一步输出的rst 文件，其储存了坐标信息。下面的步骤是同理的，上一步输出的rst 文件将作为下一步输入的坐标文件。

3）Equilibration step1：（heating ：系统在约束蛋白下升温）给系统加热，从0K 到300K ，运行20ps 动力学（nstlim 的值可以适当提高，视体系而定）：

终端运行命令：$AMBERHOME/bin/sander -O -i md1.in -o md1.out –p NAME.prmtop -c min2.rst -r md1.rst -x md1.mdcrd -ref min2.rst 这一步开始会收集轨迹文件（-x 指定的输出），用于后续可能的分、管路敷设技术通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规范问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷

析。4）Equilibration step2：（体系升压）为了平衡体系，将运行100ps 的恒温恒压的动力学计算：

终端运行命令：$AMBERHOME/bin/sander -O -i md2.in -o md2.out -p NAME.prmtop –c md1.rst -r md2.rst –x md2.mdcrd

5）Production Run ：实际模拟

获取轨迹，将运行10ns 的分子动力学计算。一般来说，实际模拟中的配置文件与系统平衡时的配置文件是一致的：为解决高中语文电气课件中管电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。；对整套启动过程中高中资料高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。中资料试卷突然停机。因此，装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

这里只是”nstlim”这个配置参数的值改变了。终端运行命令：$AMBERHOME/bin/sander –O –i prod.in –o prod.out –p NAME.prmtop –c md2.rst –r prod.rst –x prod.mdcrd

最终我们将对prod.out 、prod.mdcrd 进行分析、整合，这个将再下一

节中讲述。

4. 不同的sander 运行命令：集群限制本阶段可以实现多种运行方式，如串行、并行、多集群并行和GPU 计算等等。整理执行命令如下。1） 串行：$AMBERHOME/bin/sander –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c –r rst –x mdcrd $AMBERHOME/bin/pmemd –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c –r rst –x mdcrd Amber 中有两个模块程序支持动力学模拟：sander 和pmemd 。2） 并行：mpirun –np N $AMBERHOME/bin/sander.MPI –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c –r rst –x mdcrd

mpirun –np N $AMBERHOME/bin/pmemd.MPI –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c 叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切对全部高中资料试卷电气设备，在卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家备调试高中资料试卷方案。料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外

–r rst –x mdcrd

N值为需要加载的服务器的核数，注意，N值最大值为运行服务器的CPU个数，例如8、12等。

3）多集群并行：

mpirun –hostfile hosts –np N $AMBERHOME/bin/sander.MPI –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c –r rst –x mdcrd

mpirun –hostfile hosts –np N $AMBERHOME/bin/pmemd.MPI –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c –r rst –x mdcrd

hosts用于指定并行计算的节点，这种方法多用于跨节点的并行计算中，一般会提供专门用于提交任务的脚本。

4）单块GPU计算

$AMBERHOME/bin/pmemd.cuda –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c –r rst –x

mdcrd

只有pmemd模块支持GPU。路敷设技术线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不调试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。试卷技术绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料

5.附录：1）周期性边界条件简介一个二维盒子排列，分子1将从中心盒子（有阴影的盒子）运动到盒子B 中，这时为了保持中心盒子的粒子守恒，盒子镜像F 中有一个相应的粒子会进入到中心盒子中来，就好像分子1从上缘出去，而从下缘进入。

周期性边界条件使得粒子包裹在无穷多的溶液分子中，这样在使用相对少量的粒子的情况下模拟了真实的生物体系，使动力学模拟的成本大大减少。假设一个有粒子在内部运动的立方体盒子从各个方向被复制，形成了周期性排列的盒子，就像上图的二维盒子展示的一样。在二维的情况下，每个盒子周围都有8个相邻的盒子，而在三维的情况下，每个盒子周围则会有26个相邻的盒子。对于镜像盒子，相当于中心盒子朝各个方向平移了，因此镜像盒子中粒子的坐标也、管路敷设技术扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。

、电气设备调试高中资料试卷技术异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

就等于中心盒子的坐标加上或减去平移向量：r + i x + j y + k z (i,j,k -> -inf, +inf)。如果一个粒子在模拟过程中从某一面离开了盒子，那么相应地就会有一个镜像粒子从另一面进入盒子，始终保持盒子中粒子数目不变。

立方体是最简单的可用于周期性排列的几何形状，视图查看和程序化都很方便；然而，有些情况下另一种盒子形状更适合模拟体系，例如被水分子包围的单个大分子或复合物，往往需要研究的对象也就是被包裹在中心的大分子、复合物，因此周围溶剂（水分子）的计算量越少越好，也就是说尽可能减少水分子的数目。在这种情况下，立方体盒子事实上是最不节省的盒子。

原则上，任何形状的盒子都可以用于周期性模拟，只要通过平移操作，能够填满整个三维空间（也就是中心盒子与镜像盒子间没有空隙）。因此大概有5类盒子满足条件：立方体（同样的，长方体也可以）、六方柱、截八面体、菱形十二面体。

另外，在选取合适的盒子形状后，模拟中盒子的大小也是非常重要的，既要盒子足够大，保证模拟的精确，又要尽量减小盒子的大小降低计算量。体系的大小一般要大于体系中相互作用能的计算范围的两倍。

6. Reference

https://www.360docs.net/doc/c9835094.html,/tutorials/basic/tutorial1/section5.htm

https://www.360docs.net/doc/c9835094.html,/?doc=input/mdsetup