通过使用Gromacs和MM-PBSA计算结合能

关键词：Gromacs、MM-PBSA、结合能、受体、配体

当前，Gromacs已经被广泛应用在生物，材料等领域的模拟计算，其便捷、灵活等特点受到广泛研究人员的青睐。在模拟领域，至关重要的一类问题是计算体系内的自由能。例如两个蛋白之间、蛋白和纳米材料之间、蛋白和配体之间的相互作用能的准确计算能够帮助研究人员更深层次的理解相关科学问题。经过多年的发展，MMPBSA方法目前被广泛应用在计算结合能上，并表现出较高的准确性。计算流程如下

1. 通过gmx grompp和mdrun命令计算得到最后的轨迹和相关文件，如md.tpr、md.xtc、index.ndx等文件

图1 计算结合能所需文件

1. 产生最终需要计算能量的轨迹（只包括计算项，去除溶剂或离子），并在index文件中更改和明确二者名字（以lig-rec为例）

图2 明确索引文件中结构名称

1. 根据之前的定义，更改计算脚本中相应的文件和结构名字，并根据文件内容更改相应软件路径

图3 更改计算脚本中的设置

1. 输入计算指令进行计算

通过以上命令，可以得到一个整体的pdb文件和每一帧对应的文件。在这些文件中，dat文件包含了相应的能量项以及残基分解项。这两个能够给出两个物体之间的整体的相互作用能、相互作用能的组成部分以及物体内每一部分例如每个氨基酸对相互作用能的贡献数值，从而在不同层面解析物体间的相互作用。如下图所示：

图4 受体-配体结构

图5 计算产生的数据文件

图6 受体-配体结合能以及能量组成项数值

图7 受体-配体各单元的结合能

此项工作的计算流程并不难，但是难点在于理解计算脚本中的每一项内容，从而根据自己的需要去得到合适准确的计算脚本，以及理解MMPBSA计算的物理含义。