GROMACS复杂体系构建之利用CHARMM-GUI工具_材料_分子动力学_科普

GROMACS复杂体系构建之利用CHARMM-GUI工具

之前介绍过GROMACS中膜蛋白体系的构建。按照官方的介绍，通过将磷脂构象盒力场准备好，然后在模拟盒子内进行磷脂的组装，最后将蛋白嵌入在磷脂膜内。上述步骤虽然可以较为准确的构建模拟体系，但是并不方便调整，例如磷脂多样性的选择以及膜蛋白在膜内的位置和角度。本次向大家介绍一种方便的体系构建方法：利用CHARMM-GUI工具构建。

首先可以打开在线网站(https://charmm-gui.org/ )，找到输入生成选项以及膜的构建选项。这里我们可以看到可以构建纯磷脂膜体系，也可以构建膜蛋白-膜复合体系。在此我们以较为复杂的膜蛋白体系为例。

通过直接输入蛋白的PDB ID。该网站就可以帮我们搜索到需要的蛋白

蛋白选择之后，我们还可以选择蛋白在膜内的的旋转角度和平移方向及距离。

点击下一步骤之后，我们可以看到磷脂类型的选项。该工具可以非常方便的选择不同比例的磷脂类型。在此选择上下层膜都为50%的DOPC和50%的POPC。确定体系大小并点击显示体系信息之后，我们可以明确看到磷脂双层膜的组成成分和数量。并进一步选择体系中的离子浓度和类型。

在构建过程中，我们可以预览体系构型，并根据实际情况进行位置和角度的调整。该工具另外一个非常方便的地方在于可以很好的产生对应的力场，不需要自己去繁琐的改动和增加。在此我们可以选择力场类型，模拟软件，温度和系综等细节信息。

最后我们可以查看此工具生成的mdp文件、立场文件、构型等文件。确认无误之后便可以进行类似于之前介绍过的模拟。在此需要注意，此处存在多个预平衡文件，因为膜蛋白体系比较复杂，所以需要逐渐对体系进项平衡，保持模拟稳定性。

来源：320科技工作室

GROMACS计算蛋白-配体相互作用以及力场构建

小分子配体可以广泛应用在生物领域例如药物设计等，其中在生物应用领域，蛋白质是最为广泛的药物靶点。本文介绍一种建立力场的方式以及在蛋白质-小分子模拟过程中需要注意的重要问题。首先，我们选择需要模拟的蛋白质和小分子。蛋白质的构象可以从在线的PDB库找到（https://www.rcsb.org/ )。小分子的构象可以通过相关的网页或者软件进行构建。然后通过手动或者对接的方式将蛋白和小分子组合。这样就可以初步得到蛋白-配体复合物的构象。如下图：之前的模拟介绍过如何生成蛋白质的力场。如果此时使用gmx pdb2gmx -f AA.pdb -o AA.gro命令来建立力场时，会发现gromacs无法识别小分子并产生相关的力场。在此我们介绍一种生成力场的工具：CGenFF (https://cgenff.umaryland.edu/ )，我们可以通过该网站提供的工具产生mol2文件。其中要注意的是生成力场是一定要对配体把缺失的H原子补上，以生成准确的全原子力场。注意生成的mol2文件可能存在一些小错误需要手动修改。在此我们还需要准备需要的力场文件，然后利用我们提供的脚本来进行力场的建立。大概命令为：python ff_charmm2gmx.py AA AA_fix.mol2 aa.str charmm36-mar2019.ff。力场生成后需要准确将力场文件以及对应的模拟参数文件逐个写入top文件。如图所示：力场生成后我们可能还需要手动修改蛋白-配体结构文件。在此我们就可以通过使用对应命令来构建盒子并且添加溶剂。如图所示之后的模拟就可以按步骤利用对应的mdp文件生成tpr并且进行模拟。如：gmx editconf -f complex.gro -o newbox.gro -bt cubic -d 1.0gmx solvate -cp newbox.gro -cs spc216.gro -p topol.top -o solv.gro。本文中，我们主要介绍了CGenFF 这一较为精确的力场产生工具。但是在使用该工具是仍会遇到各种问题，例如脚本内容的更换，原子的检查以及成键信息或者位置限定的多种方式。来源：320科技工作室