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Gromacs模拟体系构建----进阶版

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Gromacs是目前广泛使用的分子模拟软件,其在生物、材料等领域的模拟表现出较为突出的优势。之前,本号介绍过一系列体系的模拟以及gromacs的使用办法和教程。本次,将为大家介绍一种进阶版的模型构建方法。

在之前的介绍中,我们了解到可以通过insert-molecules和editconf等命令构建模拟初始体系。例如构建一个大小为5 nm的盒子并添加指定数目的溶剂分子,溶剂分子在盒子内随机分布:

gmx insert-molecules -ci AAA.gro -nmol 1000 -box 5 5 5 -o box.gro

但是如果需要对这个体系进行指定操作,例如不是随机分布而是有规律的排列,此时可以用到genconf命令,对溶剂或者溶质分子进行指定的操作:

gmx genconf -f AAA.gro -nbox 8 8 8 -o box.gro

在这个命令中,我们对分子进行了定向排布,各方向上排列8个,呈阵列状。

除此之外,目前还会经常遇到的问题是两相体系的构建比如水油界面等体系。此时就需要进行两相分开。对于初学者或者没有一定编程能力的同学而言,这种体系较为复杂,不过我们还是可以转换思路,通过gromacs的指令进行操作。

首先将刚才构建的盒子放入一个长方体盒子中,也可理解为将之前盒子进行扩展:

gmx editconf -f box.gro -o newbox.gro -box 5 5 10 -center 2.5 2.5 2.5

接下来,我们可以使用solvate命令对盒子填充另一种溶剂:

gmx solvate -cp newbox.gro -cs spc216.gro -p chx.top -o solv.gro

同样,除了溶剂,对溶质我们也可以进行类似操作来模拟界面上溶剂的相关性质:

gmx editconf -f peptide.gro -o newbox.gro -box 5 5 5 -center 2.5 2.5 2.5

gmx solvate -cp newbox.gro -cs newbox.gro -o solv-pep.gro

以上,我们根据不同需求得到不同类型的模拟体系和盒子用来进行模拟。但是上述操作也具有一个小问题那就是构建两相盒子后,两种分子会有部分重叠,例如一类分子会分布在另一种种。如果这不是我们预期目标的话,我们需要进行额外处理。Gromacs并没有一个非常完美的解决办法。如果有类似需求的小伙伴,欢迎联系我们。我们将会提供更加优美和高效的解决办法。




来源:320科技工作室
理论材料分子动力学科普GROMACS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-10-31
最近编辑:1年前
320科技工作室
硕士 | 结构工程师 lammps/ms/vasp/
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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

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