在NAMD下利用Amber力场计算MD模拟的方法

在NAMD下利用Amber力场计算MD模拟的方法

曾经也是费了好的精力, 研究出了在NAMD中用Amber力场的方法. 呵呵，想起来也过去有些时候了，应winner_dk 兄弟的要求，我把这一过程在这里原原本本的呈献给大家，希望做过的朋友给挑挑毛病，正在做的朋友参考一下，准备做朋友借鉴一下，不会做的朋友

学习一下，我也就不算白费功夫了！本贴不要钱，不设权限！好，废话少说，教程开始：我的实验条件：前端机（自己的烂PC...巨烂，512的内存）XP系统，Cluster（46-cpu）Linux系统，提交作业用小企鹅，NAMD2.6, Amber 8

实验对象：咱们在这里用HIV-1整合酶来说明操作过程

1. 用Amber的tleap/xleap去生成top和crd文件，这两个文件的地位相当于我们在NAMD中熟悉的psf和pdb，所以呢，在计算之前一定要确保它们的正确性！否则后面的一切都是瞎扯！关于leap的使用请大家去自行研究AMber的手册。在这里只有一点提醒大家注意，Amber力场和Charmm对于原子的命名原则不同，所以最好不要用Charmm处理过的pdb去生成top/crd，否则是自讨苦吃，老手还好，新手可能搞好几天也过不去，决不是危言耸听。

2. 结构优化，本来有两步的，我只贴出第一步带约束的，第二步大家自己改吧。咱们看配置文件吧，以下的都是我的配置文件，久经考验，肯定能用，大家直接拿去贴到文件中就能用了，有一点说一下，我这文件中很多注释文不对题，我懒得改了，大家以鉴赏的眼光去看吧。

#############################################################

## 结构优化 ##

#############################################################

# this simulation do a 3 steps minimization

#step1 fix all non-water,minimize water

#############################################################

## ADJUSTABLE PARAMETERS ##

#############################################################

amber on

parmfile ./IN_2B4J_loop_adjusted_MG.top

ambercoor ./IN_2B4J_loop_adjusted_MG.crd 看这里，这里要改成Amber的参数啊

outputName ../outputs/IN_2B4J_loop_adjusted_MG_min_1

set temperature 300

firsttimestep 0

#############################################################

## SIMULATION PARAMETERS ##

#############################################################

# Input

#paraTypeCharmm on

#parameters ../pars/par_all27_prot_na.inp

# NOTE: Do not set the initial velocity temperature if you 把Charmm的部分注释掉，或者干脆不写

# have also specified a .vel restart file!

temperature $temperature

# Periodic Boundary conditions precise values "82.4379997253 57.8550033569 69.1809976101",however we'll set the box a little bit bigger than it.

# NOTE: Do not set the periodic cell basis if you have also

# specified an .xsc restart file! {121.847000122 95.2819976806 88.0310020447}

if {1} {

cellBasisVector1 82.68 0. 0.

cellBasisVector2 0. 74.47 0.

cellBasisVector3 0. 0. 69.33

cellOrigin 42.4445991516 38.8152618408 36.2214126587

}

wrapWater on

wrapAll on

# Force-Field Parameters

exclude scaled1-4

1-4scaling 1.0

###############Attention#####################

#cutoff 12.

cutoff 10.

##############################################

########### Attention! ####################

#switching on 还有这里，注意要把switching off 了，Amber的要求

switching off

###########################################

switchdist 10.

pairlistdist 13.5

# Integrator Parameters

timestep 2.0 ;# 2fs/step

rigidBonds all ;# needed for 2fs steps

rigidTolerance 0.00001 ;# for Amber, 0.00000001 for Charmm 还有这里

nonbondedFreq 1

fullElectFrequency 2

stepspercycle 20

#PME (for full-system periodic electrostatics)

if {1} {

PME yes

PMEGridSizeX 80

PMEGridSizeY 80

PMEGridSizeZ 72

}

########################################################### Constant T/P contrl, useless here ###############################

# Constant Temperature Control

#

langevin on ;# do langevin dynamics #

#langevinDamping 5 ;# damping coefficient (gamma) of 5/ps #

langevinDamping 1

langevinTemp $temperature

#

langevinHydrogen no ;# don't couple langevin bath to hydrogens #

#

#

# Constant Pressure Control (variable volume) # #

useGroupPressure yes ;# needed for 2fs steps # useFlexibleCell no ;# no for water box, yes for membrane #

useConstantArea no ;# no for water box, yes for membrane #

if {1} {

#

langevinPiston on

#

langevinPistonTarget 1.01325 ;# in bar -> 1 atm #

#langevinPistonPeriod 100.

#

#langevinPistonDecay 50.

langevinPistonPeriod 200.

#

langevinPistonDecay 100.

#

langevinPistonTemp $temperature

#

}

#

##################################################################### #########################################################

restartfreq 5000 ;# 500steps = every 1ps

dcdfreq 5000

xstFreq 5000

outputEnergies 100

outputPressure 100

# Fixed Atoms Constraint (set PDB beta-column to 1)

#(lipid and name P) or backbone or (segname B12 and noh)

if {1} {

constraints on

consRef con_IN_2B4J_loop_adjusted_MG.pdb ;# 10 kcal/mol, backbone or name MG

consKFile con_IN_2B4J_loop_adjusted_MG.pdb

consKCol B

}

#margin 1.0

#############################################################

## EXTRA PARAMETERS ##

#############################################################

# Put here any custom parameters that are specific to

# this job (e.g., SMD, TclForces, etc...)

#############################################################

## EXECUTION SCRIPT ##

#############################################################

# Minimization

minimize 20000

注意以上粗体字的地方，可能还有些Amber/Charmm直间不同的地方我没发现的欢迎大家指正！

3. 动力学：可能很多人习惯什么平衡run，和production run的，其实没什么必

要，两步搞在一起也没关系的，我这里还是只贴一个MD的conf文件，剩下的大家自己改一下就好了。

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## Step 1 约束backbone、Mg离子,优化水 ##

#############################################################

# this simulation do a 3 steps minimization

#step1 fix all non-water,minimize water

#############################################################

## ADJUSTABLE PARAMETERS ##

#############################################################

amber on

parmfile ./IN_2B4J_loop_adjusted_MG.top

ambercoor ./IN_2B4J_loop_adjusted_MG.crd

outputName ../outputs/IN_2B4J_loop_adjusted_MG_md_1

bincoordinates ../outputs/IN_2B4J_loop_adjusted_MG_heating.restart.coor binvelocities ../outputs/IN_2B4J_loop_adjusted_MG_heating.restart.vel extendedSystem ../outputs/IN_2B4J_loop_adjusted_MG_heating.restart.xsc

set temperature 300

firsttimestep 0

#############################################################

## SIMULATION PARAMETERS ##

#############################################################

# Input

#paraTypeCharmm on

#parameters ../pars/par_all27_prot_na.inp

# NOTE: Do not set the initial velocity temperature if you

# have also specified a .vel restart file!

#temperature $temperature

# Periodic Boundary conditions precise values "82.4379997253 57.8550033569 69.1809976101",however we'll set the box a little bit bigger than it.

# NOTE: Do not set the periodic cell basis if you have also

# specified an .xsc restart file! {121.847000122 95.2819976806 88.0310020447}

if {0} {

cellBasisVector1 81.34 0. 0.

cellBasisVector2 0. 79.25 0.

cellBasisVector3 0. 0. 74.56

cellOrigin 42.1599960327 40.6278266907 38.5585861206

}

wrapWater on

wrapAll on

# Force-Field Parameters

exclude scaled1-4

1-4scaling 0.833333 ;#scee=1.2 is default in amber, 1-4scaling=1/scee, and the default 1-4scaling in name is 1.

scnb 2 ;#2default in amber, 1-4 vdw interaction are diveded by this value.

###############Attention#####################

#cutoff 12.

cutoff 10.

##############################################

########### Attention! ####################

#switching on

switching off

###########################################

switchdist 10.

pairlistdist 13.5

# Integrator Parameters

timestep 2.0 ;# 2fs/step

rigidBonds all ;# needed for 2fs steps

rigidTolerance 0.00001 ;# for Amber 0.00000001 for Charmm nonbondedFreq 1

fullElectFrequency 2

stepspercycle 20

#PME (for full-system periodic electrostatics)

if {1} {

PME yes

PMEGridSizeX 80

PMEGridSizeY 80

PMEGridSizeZ 72

}

########################################################### Constant T/P contrl, useless here ###############################

# Constant Temperature Control

#

langevin on ;# do langevin dynamics #

#langevinDamping 5 ;# damping coefficient (gamma) of 5/ps #

langevinDamping 1

langevinTemp $temperature

#

langevinHydrogen no ;# don't couple langevin bath to hydrogens #

#

#

# Constant Pressure Control (variable volume) # #

useGroupPressure yes ;# needed for 2fs steps # useFlexibleCell no ;# no for water box, yes for membrane #

useConstantArea no ;# no for water box, yes for membrane #

if {1} {

#

langevinPiston on

#

langevinPistonTarget 1.01325 ;# in bar -> 1 atm #

#langevinPistonPeriod 100.

#

#langevinPistonDecay 50.

langevinPistonPeriod 200.

#

langevinPistonDecay 100.

#

langevinPistonTemp $temperature

#

}

#

##################################################################### #########################################################

restartfreq 5000 ;# 500steps = every 1ps

dcdfreq 5000

xstFreq 5000

outputEnergies 100

outputPressure 100

# Fixed Atoms Constraint (set PDB beta-column to 1)

#(lipid and name P) or backbone or (segname B12 and noh)

if {0} {

constraints on

consRef con_IN_short_DNA_2MG_md_2.pdb ;# 2 kcal/mol, backbone and nucleic and (resid 316 to 320 329 to 333)

consKFile con_IN_short_DNA_2MG_md_2.pdb

consKCol B

}

margin 2.0

#############################################################

## EXTRA PARAMETERS ##

#############################################################

# Put here any custom parameters that are specific to

# this job (e.g., SMD, TclForces, etc...)

#############################################################

## EXECUTION SCRIPT ##

#############################################################

# Minimization

run 3000000

看，其实和之前的优化部分没什么大区别。

4. MD 之后的处理：为什么用Amber？主要是因为它能做小分子的参数和拓扑。那么Amber还有什么优势吗？当然了！MM-PBSA/GBSA！这里我简要说一下MM-PBSA/GBSA的问题。

首先你要做好复合物, 受体，配体的top/crd, 一共6个文件啊！！然后把你的DCD 文件转化为crd文件（用VMD），然后就可以用MM-PBSA/GBSA的脚本去算了，当然，你要有Amber，还要有耐心。。。那个玩艺虽然算得挺快，但是总是挂掉，大家要小心，不要提交了作业就跑了，否则你回来了发现它挂了，多郁闷！关于具体的操作，请大家去看AMber手册，我就不越俎代庖了，毕竟咱不是专业的Amber-or。

5. 小结：此方法虽然可行，但是在做的过程中大家必然会遇到各种意想不到的情况（必然的），我也无法写出一个让大家一次就能成功地教程，毕竟软件本身也不是完美的。大家如果遇到了什么搞不定问题，可以跟贴讨论。

感谢版主加分!希望大家多参与讨论. 以上的conf文件可以应付一般的用Amber 力场的NAMD计算，但是如果你的配体比较特殊，比如有金属，那么在你做对接时要小心，并且在做leap时也要注意。总之，和Charmm力场一样，一定要

确保输入文件的正确性，否则事倍功半！切记切记。。。！

对于NAMD调用amber立场，需不需要吧amber的力场文件下载下来，再植入到NAMD的源文件里面呢？看了发的帖子，好像只是输入的文件！谢谢！

不知道你有没有用GMX调用过amber的力场呢？是不是和NAMD差不多呢？

我还想要问一个问题，那就是由amber得到的轨迹文件与NAMD得到的轨迹文件，有多大区别呢？还是没什么区别？二者计算的mm_pbsa差的大吗？

回答17楼的问题：

1, 不需要下载,但是需要用Amber的Xleap去生成NAMD需要的拓扑和坐标文件

2,没有用Gmx调用过Amber力场

3,没比较过,但是同样的蛋白结果差别不大. mm_pbsa的结果也没有比较过，但是得到的结果还是比较合理的

版主给的exam.rar中的par_all27_prot_lipid.prm是什么文件，太复杂看不懂了。

一般是不是需要pdb，psf，force field file 和configuration file？

stevenyubin 发表于2009-10-13 03:21

par_all27_prot_lipid.prm 就是charmm 力场中的参数文件,不需要自己修改

一般需要pdb，psf，force field file 和conf

psf 可以在pdb 基础上生成, 但此时还需要charmm 力场中的top 文件

首先DS的输入文件是不可以用的~~

运行NAMD之前，要写好输入文件

也就是配置文件CONF 根据官方教程的那个修改即可

蛋白质分子 PDB 坐标信息

蛋白质结构 PSF 结构信息

力场文件在CONF中设置即可

详情可以参考官方教程