目錄
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- 适用于Amber18\20版本
- 一、檔案準備
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- 1.檔案檢查與拆分
- 2.小分子檔案處理
- 3.蛋白質檔案處理
- 4.複合體檔案處理
- 二、分子動力學模拟
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- 1.能量最小化
- 2.體系加熱
- 3.恒壓平衡
- 4.全局平衡
- 5.正式模拟
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适用于Amber18\20版本
使用Amber做帶小分子配體的MD時，由于Amber無法識别小分子，需要對小分子做處理，相比于單純蛋白分子的MD步驟會繁瑣一些，在此記錄一下。
一、檔案準備
1.檔案檢查與拆分
含配體的複合體pdb檔案可以來自晶體或對接結果，其中小分子與蛋白分子的相對位置将會是MD的初始位置，在準備過程中需要檢查确認。
【1】首先在可視化軟體如薛定谔等檢查複合體中小分子，確定其鍵連準确，沒有原子，特别是氫原子的缺失。
【2】檢查完畢後儲存複合體檔案，使用文本編輯器打開，推薦使用
notepad++
，找到對應小分子的行，将其剪切到新的文本中，命名為
Y.pdb
，剩餘的蛋白分子命名為
X.pdb
2.小分子檔案處理
【3】使用Amber的工具antechamber将小分子pdb檔案轉為mol2檔案
如果小分子配體較為複雜，此處會耗費較長的時間。
注意：此處使用bcc計算分子的電荷分布，其準确性低于RESP，如果懂得使用gaussian或Multiwfn，建議使用RESP計算的電荷
【4】得到
Y.mol2
檔案後，使用parmchk2産生小分子參數檔案
parmchk2 -i Y.mol2 -f mol2 -o Y.frcmod
【5】建立檔案
Y.tleap
，寫入以下内容
source leaprc.gaff
Y = loadmol2 Y.mol2
check Y
loadamberparams Y.frcmod
check Y
saveoff Y Y.lib
saveamberparm Y Y.prmtop Y.inpcrd
quit
【6】使用
tleap
程式，生成小分子
Y.lib
檔案
tleap -f Y.tleap
至此得到
Y.frcmod
Y.lib
Y.prmtop
Y.inpcrd
檔案。
這裡碰到一個問題，在處理帶有磷酸基團的小分子時，如果為磷酸基團添加氫原子，在MD過程中，磷酸基團的氫原子會快速無序擺動，導緻整個模拟體系崩潰，在體系加熱過程中的展現為溫度大範圍波動，并遠遠超出設定的上限，報錯顯示浮點超出上限或非法記憶體通路，去除磷酸基團的氫原子後一切恢複正常，報錯資訊如下。
Error: an illegal memory access was encountered launching kernel kNLSkinTest
3.蛋白質檔案處理
【7】使用文本編輯器打開
X.pdb
檔案，删掉除原子資訊外的所有行，隻保留如下的行
...
...
ATOM 16100 N LEU B 537 18.387 -77.040 -41.003 1.00 0.80 N
ATOM 16101 CA LEU B 537 19.579 -76.228 -41.346 1.00 0.80 C
ATOM 16102 C LEU B 537 20.327 -75.718 -40.033 1.00 0.80 C
ATOM 16103 O LEU B 537 20.000 -76.288 -38.963 1.00 0.80 O
ATOM 16104 CB LEU B 537 19.148 -74.980 -42.190 1.00 0.80 C
ATOM 16105 CG LEU B 537 18.636 -75.198 -43.626 1.00 0.80 C
ATOM 16106 CD1 LEU B 537 18.176 -73.876 -44.243 1.00 0.80 C
ATOM 16107 CD2 LEU B 537 19.672 -75.869 -44.530 1.00 0.80 C
ATOM 16108 OXT LEU B 537 21.005 -74.658 -40.138 1.00 0.80 O1-
ATOM 16109 H LEU B 537 18.021 -76.812 -40.085 1.00 0.00 H
ATOM 16110 HA LEU B 537 20.334 -76.831 -41.849 1.00 0.00 H
ATOM 16111 HB3 LEU B 537 20.001 -74.318 -42.301 1.00 0.00 H
ATOM 16112 HB2 LEU B 537 18.389 -74.435 -41.628 1.00 0.00 H
ATOM 16113 HG LEU B 537 17.759 -75.840 -43.564 1.00 0.00 H
ATOM 16114 HD11 LEU B 537 17.370 -74.053 -44.953 1.00 0.00 H
ATOM 16115 HD12 LEU B 537 17.814 -73.195 -43.476 1.00 0.00 H
ATOM 16116 HD13 LEU B 537 18.989 -73.377 -44.769 1.00 0.00 H
ATOM 16117 HD21 LEU B 537 19.253 -76.103 -45.506 1.00 0.00 H
ATOM 16118 HD22 LEU B 537 20.558 -75.250 -44.669 1.00 0.00 H
ATOM 16119 HD23 LEU B 537 19.998 -76.804 -44.088 1.00 0.00 H
TER 16120 LEU B 537
【8】使用Amber的工具
pdb for amber
删除模型内氫原子
pdb4amber -i X.pdb -o X_noH.pdb -y --dry
【9】以Amber的氫命名方式重新添加氫原子
reduce X_noH.pdb > X_H.pdb
【10】使用pdb4amber對加氫後的pdb檔案進行處理
pdb4amber -i X_H.pdb -o X.pdb
至此得到Amber标準的蛋白質分子檔案
X.pdb
4.複合體檔案處理
【11】将
Y.pdb
使用文本編輯器打開，将原子資訊複制到
X.pdb
檔案後，重命名為
com.pdb
【12】建立新檔案
com.tleap
寫入以下内容，儲存
source leaprc.protein.ff14SB `此處可以使用ff19SB`
source leaprc.water.tip3p
source leaprc.gaff
loadamberparams Y.frcmod
loadoff Y.lib
complex = loadpdb com.pdb
check complex
solvatebox complex TIP3PBOX 12.0
addions2 complex Na+ 0
addions2 complex Cl- 0
saveamberparm complex X_box.prmtop X_box.inpcrd
savepdb complex X_box.pdb
quit
此處可以使用ff19SB
【13】使用
tleap
程式，生成複合體參數檔案
X_box.prmtop
X_box.inpcrd
檔案以及水盒檔案
X_box.pdb
tleap -f com.tleap
至此，得到
X_box.prmtop
、
X_box.inpcrd
、
X_box.pdb
二、分子動力學模拟
1.能量最小化
【1】限制主鍊最小化
min1.in
&cntrl
imin=1,
maxcyc=10000,
ncyc=5000,
ntb=1,
ntr=1,
restraintmask=':1-1104',
restraint_wt=2,
cut=8.0
/
END
執行指令
pmemd.cuda -O -i min1.in -o X_box_min1.out -p X_box.prmtop -c X_box.inpcrd -r X_box_min1.rst -ref X_box.inpcrd
【2】無限制最小化
min2.in
&cntrl
imin=1,
maxcyc=100000,
ncyc=5000,
ntb=1,
ntc=1,
ntf=1,
ntpr=10,
cut=8.0
/
END
執行指令
pmemd.cuda -O -i min2.in -o X_box_min2.out -p X_box.prmtop -c X_box_min1.rst -r X_box_min2.rst
2.體系加熱
【3】限制主鍊恒容50ps加熱
heat.in
explicit solvent initial heating: 50ps
&cntrl
imin=0,
irest=0,
nstlim=25000, dt=0.002,
ntc=2, ntf=2, ntx=1,
cut=8.0, ntb=1,
ntpr=500, ntwx=500,
ntt=3, gamma_ln=2.0,
tempi=0.0, temp0=300.0, ig=-1,
ntr=1,
restraintmask=':1-1104',
restraint_wt=2.0,
iwrap=1
nmropt=1
/
&wt TYPE='TEMP0', ISTEP1=0, ISTEP2=25000,
VALUE1=0.0, VALUE2=300.0, /
&wt TYPE = 'END' /
END
執行指令
pmemd.cuda -O -i heat.in -o X_box_heat.out -p X_box.prmtop -c X_box_min2.rst -r X_box_heat.rst -x X_box_heat.nc -ref X_box_min2.rst
3.恒壓平衡
【4】50ps平衡
press.in
explicit solvent density: 50ps
&cntrl
imin=0,
irest=1,
ntx=5,
nstlim=25000, dt=0.002,
ntc=2, ntf=2,
cut=8.0, ntb=2, ntp=1, taup=2.0,
ntpr=500, ntwx=500,
ntt=3, gamma_ln=2.0,
temp0=300.0, ig=-1,
ntr=0,
/
END
執行指令
pmemd.cuda -O -i press.in -o X_box_press.out -p X_box.prmtop -c X_box_heat.rst -r X_box_press.rst -x X_box_press.nc -ref X_box_heat.rst
4.全局平衡
【5】10ns平衡
eq.in
&cntrl
imin=0, irest=1, ntx=5,
nstlim=5000000, dt=0.002,
ntc=2, ntf=2,
cut=10.0, ntb=2, ntp=1, taup=2.0,
ntpr=500, ntwx=500, ntwr=5000,
ntt=3, gamma_ln=2.0,
temp0=300.0,
/
END
執行指令
pmemd.cuda -O -i eq.in -o X_box_eq.out -p X_box.prmtop -c X_box_press.rst -r X_box_eq.rst -x X_box_eq.nc
5.正式模拟
【6】100ns模拟
md.in
explicit solvent production run: 100ns
&cntrl
imin=0,
irest=1,
ntx=5,
nstlim=50000000, dt=0.002,
ntc=2, ntf=2,
cut=8.0, ntb=2, ntp=1, taup=2.0,
ntpr=5000, ntwx=5000, ntwr=50000,
ntt=3, gamma_ln=2.0,
temp0=300.0, ig=-1,
iwrap=1
/
END
執行指令
pmemd.cuda -O -i md.in -o X_box_md.out -p X_box.prmtop -c X_box_eq.rst -r X_box_md.rst -x X_box_md.nc
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