北大博士后GROMACS分子模拟典型问题答疑8月29日开启

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：大家好，我是仿真秀专栏作者-刘十三613，具有十多年的物理、化学、生物等学科的计算机模拟经验。精通常见的分子动力学模拟软件：GROMACS, LAMMPS等，量子化学计算软件：Gaussian；熟练使用第一性原理模拟软件：VASP等，及其余常见软件：Material Studio，VMD等；熟悉Linux环境编程，熟练使用Python，Shell等编程语言；丰富的模拟知识授课经验；具备扎实的分子动力学等理论知识。具有几十次的分子动力学模拟模拟理论、专业技术讲授经验，已为全国相关领域的诸多研究生、老师授课，使其熟练掌握了分子模拟知识和技术。

自加入仿真秀内容创作和分享，已有一年有余，我原创发布了30多套分子动力学模拟视频教程《一条通往开源GROMACS分子动力学模拟仿真捷径》，也组织了2期线上直播，例如《分子动力学原理与蛋白配体GROMACS建模仿真》和《分子动力学原理及应用-以GROMACS为例》，还为一些科研工作者提供分子模拟技术咨询服务，深受好评。

为帮助用户更好的掌握并开启GROMACS分子模拟科研之旅，8月29日20时，我将针对我的课程用户进行直播加餐答疑——解决GROMACS分子模拟从入门到应用的常见问题，也欢迎GROMACS初学者和应用者加入进来。详情见后文，以下是正文：

一、什么是GROMACS

GROMACS是一个开源、自由、免费的分子动力学模拟和能量最小化的计算引擎，广泛用于研究分子的运动和相互作用。它基于牛顿力学和经典物理学原理，通过数值积分来模拟粒子的运动。GROMACS使用基于网格的方法进行模拟，将模拟系统划分为许多小体积的网格单元，每个网格单元内的原子被视为一个质点，并通过相互作用势能进行相互作用。

GROMACS是用于研究生物、化学、物理等学科中分子微观机理的分子动力学程序包。它可以用分子动力学、随机动力学或者路径积分方法模拟溶液或晶体中的任意分子，进行分子能量的最小化，分析构象等。它的模拟程序包含GROMACS力场、AMBER力场等诸多力场，研究的范围可以包括玻璃和液晶、聚合物、晶体、界面体系和生物分子溶液(蛋白质、核苷酸、糖等)。GROMACS是一个功能强大的分子动力学的模拟软件，其在模拟大量分子系统的牛顿运动方面具有极大的优势。

二、GROMACS典型问答解答

1、Gromacs如何调用GPU加速计算？

（1）单节点使用多块GPU

我拥有1个节点cn01，每个节点配有一块CPU（6核），两块GPU。

启用1个mpi进程1个GPU

mpirun -n 1 gmx_mpi mdrun -ntomp 6 -gpi_id 1

启用2个mpi进程 1个GPU(要写两次)

mpirun -n 2 gmx_mpi mdrun -ntomp 3 -gpi_id 00 （用gpu 0)

或者

mpirun -n 2 gmx_mpi mdrun -ntomp 3 -gpi_id 11 （用gpu 1）

启用2个mpi进程 2个GPU

mpirun -n 2 gmx_mpi mdrun -ntomp 3 -gpi_id 01

（2）跨节点使用GPU

我拥有2个节点cn01,cn02。每个节点配有一块CPU（6核），一块GPU。

启用2个MPI进程，每个节点1个MPI进程，每个节点启用1块GPU。

编写hostlist文件：

cn01:1cn02:1

执行：

mpirun -n 2 -f hostlist gmx_mpi mdrun -ntomp 6

或者

mpirun -n 2 -f hostlist gmx_mpi mdrun -ntomp 6 -gpu_id 0

或者

export GMX_GPU_ID=0mpirun -n 2 -f hostlist gmx_mpi mdrun -ntomp 6

2、Gromacs如何计算应力

Juan的课题组在gromacs源代码基础上开发出了可以计算应力的一个版本。主要详细介绍见下列网址：https://mdstress.org/

安装好之后，把已经跑完的轨迹按照其教学文档方法rerun一遍，就可以用来分析各个方向的应力，安装、分析步骤详见其主页里面的文档部分。或者关注我后文中的直播答疑。

3、GROMACS如何处理二硫键

Groamcs中，在使用pdb2gmx命令生成生物体系的itp文件时，一定要注意检查目标体系中是否含有二硫键。如下图这个多肽中就含有二硫键，当有二硫键时候需要单独处理。

（1）什么是二硫键

二硫键（disulfide bond）是连接不同肽链或同一肽链中，两个不同半胱氨酸残基的巯基的化学键。二硫键是比较稳定的共价键，在蛋白质分子中，起着稳定肽链空间结构的作用。二硫键数目越多，蛋白质分子对抗外界因素影响的稳定性就愈大。二硫键是蛋白质二级结构和三级结构的重要组成部分。此键在蛋白质分子的立体结构形成上起着一定的重要作用。

（2）如何处理二硫键

在运行pdb2gmx时候，添加 -ss 从而交互式地选择是否添加二硫键：

gmx pdb2gmx -f O.pdb -ff amber99s b -ignh -o O.gro -ss

如果需要为这两个残基添加二硫键则输入y之后回车。若有多个二硫键，会依次提示，然后决定是否添加二硫键。

检查是否添加或者添加正确位置（非必须）

如果只有一个二硫键，那么肯定会添加成功的。如果有多个二硫键，且选择了某些不添加，那么应该检查一下，是否添加在正确的氨基酸上面。

用熟悉的可视化软件打开pdb2gmx命令生成的gro，找到二硫键两个S的编号（这里使用gaussview）：

这两个二硫键编号是24和99，然后去top/itp文件里面bond部分看是否添加上：

三、GROMACS加餐直播答疑

8月29日20时，仿真秀优秀讲师刘十三613老师，将针对GROMACS分子动力学模拟常见问题进行第一期直播答疑。帮助学习者更快，更加高效的学GROMACS软件和应用。感兴趣的朋友可报名，分享和收藏。

1、答疑范围

（1）软件安装与配置；

（2）基本操作指导；

（3）设置GROMACS参数；

（4）GROMACS力场和拓扑文件；

（5）模拟结果分析；

（6）常见问题解决；

（7）编程和脚本编写；

（8）实验设计和方法论；

（9）可视化软件作图指导。

2、答疑直播安排

请识别下方二维码报名参加直播答疑

（完）

来源：仿真秀App

化学 python 理论分子动力学 VASP LAMMPS GROMACS

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首次发布时间：2024-08-29