Gromacs模拟基本流程

Gromacs 文件类型
1 .edr 包含能量信息的便携文件。 portable file that contains the energies 2 .gro 分子结构文件，当 pdb2gmx 程序被执行以生成分子拓扑文件的时候，它同时将结 构文件 (.pdb) 转换为 gromacs 结构文件 (.gro)。gro 文件和 pdb 文件最大 的不同在于 gro 还能保存速度信息。当然，如果你不需要速度的话，在程序中 你可以一直使用 pdb 文件。genbox 程序用来生成一个盒子，盒子里面拥有溶剂 分子环绕的肽。首先 editconf 程序应该用来定义一个围绕分子并具有合适尺寸 的盒子。genbox 将一个溶质分子(肽)溶解到溶剂（在此处是水）中去。genbox 输出的是一个肽溶解于水的 gromacs 结构文件 (.gro)。genbox 程序同时更改 分子拓扑文件 (.top，由 pdb2gmx 生成) 来添加溶剂至拓扑。此文件的从左到右 各列信息分别是：剩余的数量，剩余的名字，原子名字，原子数量，X、Y、Z 坐 标(单位 nm)，X、Y、Z 速度(单位 nm/ps) 3 .itp 包含拓扑文件，这些文件要被包含在系统拓扑文件内。 include topology (ascii),The itp file extension stands for include toplogy. These files are included in topology files ( with the top extension ) 4 .mdp 分子动力学参数文件包含关于分子动力学模拟的全部信息。例如，时间步长，步 数， 温度， 压力等等。 操作这样一个文件最容易的方法是修改一个简单的 .mdp 例 子文件。这里可以在线获得例子文件。 预处理 模拟控制 输出控制 邻居搜索控制•温度耦合 压力耦合 速度生成 5 .ndx 有时你可能需要一个索引文件，文件中记录对一组原子执行的特殊动作（例如， 温度连接，加速，冷冻） 。通常默认的索引组已经足够了。 6 .pdb Protein Data Bank(.pdb) ， Files with the .pdb extension are molecular structure files in the protein databank file format. The protein databank file format describes the positions of atoms in a molecular structure. Coordinates are read from the ATOM and HETATM records, until the file ends or an ENDMDL record is encountered. GROMACS programs can read and write a simlation box in the CRYST1 entry. The pdb format can also be used as a trajectory format: several structures, seperated by ENDMDL, can be read from or written to one file.
Gromacs 运行参数
1 Preprocessing include = … ; 指定拓扑结构目录 define = ; 预处理控制拓扑文件 -DPOSRES ; 位置限制 restraints -DFLEXIBLE ; 柔性水代替刚性水 2 Run control integrator = ; 指定积分算法（仅给出常用算法） md ; 蛙跳牛顿积分算法, 用于平衡动力学积分 steep ; 最陡下降法，用于能量最小化 cg ； 共轭梯度法; 用于能量最小化 （需双精度， 且先需做 steep） tinit = dt = ; 模拟开始时刻(仅用于 md、sd、bd） ; 积分步长(仅用于 md、sd、bd)
7 .top Molecular Topology file (.top)，分子拓扑文件，包含所有的力场参数。由程 序 pdb2gmx 生成。pdb2gmx 程序将肽或者蛋白质的结构文件(.pdb) 转换为分子 拓扑文件(.top)。 这个拓扑文件包含了在肽或者蛋白质中所有交互作用的完整信 息。 包含的力场 键相互作用参数 非键相互作用参数 限制性参数 定义一些名称 8 .tpr Run input file (.tpr)，二进制，运行时需要输入的参数文件，包含模拟的初 始结构，分子拓扑，和所有的模拟参数。连接分子结构文件(.gro)、拓扑文件 (.top)、分子动力学参数文件(.mdp)和索引文件(.ndx)(可选)，会生成一个可以 运行时输入的文件(如果你没有 XDR，将使用.tpr 或者.tpb)。这个文件包含了开 始使用 Gromacs 进行模拟的所有信息。而 grompp 程序会预处理所有的输入文 件并生成一个可以运行时输入的参数文件(.tpr)。 9 .trr Trajectory file (.trr)，二进制，轨道文件(.trr)，一旦运行时输入参数文件 (.tpr)可以使用了，我们就可以模拟了。开始运行模拟的程序是 mdrun。当开始 运行 mdrun 时，你经常需要的唯一输入文件就是运行输入参数文件 (.tpr) 。 mdrun 的输出文件是轨道文件(.trr， 如果你没有 XDR， 将会是一个 .trj 文件） 和一个日志文件(.log)。 它包含所有的坐标、 速度、 力和能量信息， 就如在(.mdp) 文件中指出的一样。 10 .xtc 一种精密的方式来保存原子轨道信息的便携文件(这个文件仅仅包含笛卡儿的坐 标)。 11 .xvg 可以被 Grace(以前叫做 Xmgr)读取，grace 是一个 X 图形系统的绘制工具。
ห้องสมุดไป่ตู้
输入为：em.mdp topol.top 输出为：sol_ion.gro 命令为：grompp -f em.mdp -p topol.top -c sol.gro -o em.tpr genion -s em.tpr -p topol.top -o sol_ion.gro -pname NA+ -np 9 -nname CL-nn 9 -random 这里强调一点，em.mdp 文件是进行模拟的参数文件，在模拟前就必须存在。参 数文件也是分子模拟的一个重要文件， 到哪找些参考了。 呵呵， 你可能有经验了， SENSENBOBO 的博客。这个家伙真是太烦人了！ ！-np 表示正离子的个数（可能是 number of positive)-nn 就不说了。结果也会提示 back up.因为我们加入离子 改变了拓扑文件。不想写了，同上 好，现在准备工作已经就绪。我们开始最重要的三步模拟。第一步，能量 最优化模拟。首先，得用 grompp 命令将 .gro 文件 .mdp 文件 .top 文件 集合起来建立一个二进制文件.tpr。可以了，就用 mdrun 命令开始模拟！ 输入为：em.mdp topol.top sol_ion.gro 输出为：em.gro .........很多文件，都看看，以后分析有用 命令为：grompp -f em.mdp -p topol.top -c sol_ion.gro -o em.tpr mdrun -deffnm em -v 你可能发现这一步生成的 em.tpr 和上一步的不一样，是的，输入的.gro 文件就 不一样嘛！mdrun 命令不懂的话就硬着头皮做，放心以后会懂的！结果还会有很 多其他的文件，像 .trr .xtc .edr .log .mdp，唉，自己看吧！ 我们开始进行第二步模拟，水平衡模拟。建立文件的方式同第 6 步，不过 采用了不同的参数文件，可以理解吧！ 输入为：pr.mdp topol.top em.gro 输出为：pr.gro...........blablablabla 命令为：grompp -f pr.mdp -p topol.top -c em.gro -o pr.tpr mdrun -deffnm pr -v 最后，终于到 Production simulation 了，一般这一步就会花十个小时以 上，视具体分子大小和设定空间而定。跑吧!!哥们，终点不远了。 输入为：md.mdp topol.top pr .gro 输出为：md.gro...........blablablabla 命令为：grompp -f pr.mdp -p topol.top -c em.gro -o pr.tpr mdrun -deffnm md -v 最后从文件中找出 md.gro， 用 editconf 转换为.pdb 文件， 就可以用 VMD 或 PyMOL 看了。OVER
可以使用以下步骤进行 Gromacs 的初步模拟：
产生模拟必须的 .gro 文件 .itp 文件 和 .top 文件(比如从蛋白数据库 下了一个 pro.pdb 蛋白质结构文件） 输入为：pro.pdb 输出为：pro.gro topol.top posre.itp 命令为：pdb2gmx -f pro.pdb -water tip4p (-o pro.gro) -ter -ignh 括号中的可以不要，那么程序自动默认问 conf.gro。-ter 是设定肽链末端的情 况 -ignh 忽略氢原子，以免命名的问题引起的混乱。 为模拟的分子建立一个盒子，说盒子的话不够形象，我感觉说空间更可以 突出意义，就是为分子周围的建立一个有限制的空间，因为我们下一步就 要在分子周围添加水分子和金属离子以模拟实际的细胞环境， 没有空间限 制是无法想象的。 输入为：pro.gro 输出为：box.gro & some info about the box 命令为：editconf -f pro.gro -bt cubic -d 0.5 -c -o box.gro -bt 指定了空间（box)的形状 cubic 是正方体 -d 指定空间大小，蛋白到空间界 限的距离（distance) 为分子定位和调节分子在建立的空间里的取向。 目的是使得分子和与之配 合的空间更协调，这样需要的空间就可以小一些，可以降低运算量（这是 很自然的道理，你问什么收拾房间？）但是在调整分子分子前，必须先建 立一个索引文件。这个可是 GROMACS 的一打特色。 输入为：box.gro 输出为：index.ndx box.gro (和输入的那个 box.gro 就不一样了 ） 命令为： make_ndx -f box.gro -o index.ndx editconf -f box.gro -d 0.5 -c -o box.gro -rotate @ @ @ 注意，GROMACS 有人性化设计，每次同名文件产生后，将覆盖原来文件，不过不 用担心，原来的文件以 harh mark(# #),还在原文件中。-rotate 命令后面添了 三个角度，分别表示绕 X Y Z 旋转的度数。这需要将上一步生成的 gro 文件转换 为 pdb 文件，在 VMD/PyMOL 中观察。有难度，需要有一点经验的。我做的时候 SENBO 直接告诉旋多少，呵呵所以省了观察。其实这一步不是必须的，只是来优 化模拟，觉得有难度可以暂时不管。但是不会用索引文件的话，可是一大损失。 好， 有了装分子的空间， 就可以灌水了！ 呵呵， 不是说回复可以灌水的！ ！ 在处理的结尾， 终端会显示加进了多少水分子， 记下这个值， 后面有用！ ！ ！ 输入为：box.gro topol.top 输出为：sol.gro 命令为： genbox -cp box.gro -cs tip4p -p topol.top -o sol.gro 这一步后，linux 系统提示 back up，因为这一步加了水，第一步建立的拓扑文 件.top 将要改变。不过不用管，GROMACS 有人性设计！呵呵 再接着，加离子。但是必须先得用 grompp 命令将 .gro 文件 .mdp 文 件 .top 文件集合起来建立一个二进制文件 .tpr。因为加离子的命令需 要.tpr 的输入。下面是加入离子的个数，一般我们要求 NaCl 是 0.1m/l， 就是说 600 个水分子加 Na+ Cl-各一个。好，上面记录的水分子个数有用 了，计算一下需要多少，如果有困难，可以问小学生。