Month: February 2009

$ mkdir -p ~/project
$ cp ~/gromacs/gromacs-4.0.3/share/gromacs/tutor/speptide/*.pdb ~/project

$ cd ~/project

这是一个S－多肽的PDB结构文件，大家可以用任何一款支持PDB格式的分子可视化软件（如Molden，Rasmol，Jmol等）进行查看，如图所示：

对此分子进行溶液相中的分子动力学模拟大致分为以下步骤：

• 将PDB文件转换成GROMACS的结构文件（*.gro）和拓扑文件（*.top）
• 在水箱中对分子进行溶剂化
• 在水箱中对分子进行能量最小化
• 如果需要的话，向溶剂中添加离子（此处忽略）
• 在有束缚的情况下，对分子进行一次短暂的分子动力学模拟
• 在没有束缚的情况下进行完全的分子动力学模拟
• 分析结果

下面是具体进行的操作：

1. 利用pdb2gmx程序将PDB文件转化为GROMACS格式。

执行以下命令：

$ pdb2gmx -f speptide.pdb -p speptide.top -o speptide.gro

运行后会要求用户选择合适的分子力场。这一步将会由原始的PDB文件得到结构文件speptide.gro以及相应的拓扑文件speptide.top，二者都是ASCII文件，可以使用文本编辑器进行查看。此外，还有一个posre.itp文件，被称做”包含拓扑文件”。对于pdb2gmx程序的其他用法请参阅GROMAS的在线参考手册或运行：

$ pdb2gmx -h

2. 在水箱中对分子进行溶剂化。
这一步通过使用editconf和genbox两个程序实现。前者用来生成一个包裹整个分子的长方体空箱，后者则会读取结构文件并向其中加入水。执行以下命令：

$ editconf -f speptide -o out.gro -d 0.5
$ genbox -cp out.gro -cs -p speptide.top -o b4em.gro

genbox还会修改相应的.top文件，执行tail *.top即可看到genbox加入的溶剂分子的量。

3. 溶剂相的能量最小化。

这一步骤的目的在于消除加入溶剂后肽分子内部的张力，并调整间距小于反的话半径的过于接近的分子。
这一步骤将会用到mdrun程序。在运行之前，需要对已有的.gro文件和.top文件进行预处理，并且编写mdrun需要的参数文件energy_minimization.mdp。
首先来编写参数文件energy_minimization.mdp，其内容如下：

接下来进行.gro文件，.top文件和.mdp文件的预处理。按照mdrun程序的要求，必须首先将.gro文件，.top文件以及.mdp文件预处理成为.tpr文件（run input file），然后输入mdrun进行处理。我们用到的预处理程序名为grompp。运行以下命令：

$ grompp -v -f energy_minimization.mdp -c b4em.gro -p speptide.top -o energy_minimization.tpr

运行完成后即可得到mdrun的输入文件energy_minimization.tpr。接下来我们可以通过mdrun来进行能量最小化了：

$  mdrun -v -s energy_minimization.tpr -o after_energy_minimization.trr -c after_energy_minimization.gro

得到三个文件：after_energy_minimization.gro，after_energy_minimization.trr和ener.edr，第一个是优化后得到的结构文件，第二个是优化过程的轨迹文件，最后一个则是系统能量变化。

4. 束缚的分子动力学优化。
这一步骤的目的在于在限制原子运动空间范围的情况下，对体系进行短暂的优化。需要对相应的.top文件进行修改以加入束缚条件。在speptide.top中有这样一段：

#ifdef POSRES
#include "posres.itp"
#endif

事实上这是一个条件包含语句，仅仅当变量POSRES的值被设置时，才会包含posres.itp中的内容。这样我们就不需要修改.top文件，使用相同的.top文件也可进行自由状况下的分子动力学模拟。因此，我们只要在相应的.mdp文件中对POSRES变量的值进行设置即可实现束缚状态下的动力学优化。建立参数文件position_restraints.mdp，内容如下：

      GROMACS全名为GROningen MAchine for Chemical Simulations，是一款由荷兰Groningen大学开发的分子动力学模拟软件包，现在则主要由Uppsala大学, 斯德哥尔摩大学 以及马普学会聚合物研究所共同维护。
      由于针对不同的系统其代码进行了高度优化，GROMACS是目前最快的分子动力学模拟软件. 此外，由于支持不同的分子力场以及按照GPL协议发行，GROMACS拥有很高的可定制性。在著名的分布式计算项目Folding＠Home中，就采用了一个经过特殊许可的非GPL版本的GROMACS作为客户端。

一 下载安装

      （一）非并行版本
      系统要求：ANSI C编译器，可能需要Fortran编译器。
      1. 为了进行傅立叶变换，首先下载安装FFTW：
          （1）到http://www.fftw.org/下载最新版本的FFTW源代码，目前最新版本为FFTW 3.2.1，下载地址为http://www.fftw.org/fftw-3.2.1.tar.gz
          （2）执行以下命令解压缩并进行编译安装：
                   $ mkdir -p $HOME/gromacs
                   $ mkdir -p $HOME/gromacs/fftw-3.2.1
                   $ gunzip fftw-*.tar.gz
                   $ tar -xf fftw-*.tar
                   $ cd fftw-*
                   $ ./configure –enable-float –enable-threads –prefix=$HOME/gromacs/fftw-3.2.1
           如果您的CPU支持SSE指令集，请添加–enable-sse选项
                   $ make
                   $ make install
          （3）到http://www.gromacs.org/下载最新版本的GROMACS源代码，目前最新版本为GROMACS 4.0.3，下载地址为ftp://ftp.gromacs.org/pub/gromacs/gromacs-4.0.3.tar.gz
          （4）执行以下命令解压缩进行编译安装：
                   $ mkdir -p $HOME/gromacs/gromacs-4.0.3
                   $ gunzip gromacs-*.tar.gz
                   $ tar -xf gromacs-*.tar
                   $ cd gromacs -*
                   $ export CPPFLAGS=-I$HOME/gromacs/fftw-3.2.1/include
                   $ export LDLAGS=-L$HOME/gromacs/fftw-3.2.1/lib
                   $ ./configure –prefix=$HOME/gromacs/gromacs-4.0.3 –with-fft=fftw3
                   $ make
                   $ make install

      （二）并行版本
       ******等待完成******

      最后，为了方便起见，将GROMACS可执行文件所在位置加入$PATH变量中。

参考文献：

http://www.gromacs.org/content/view/19/32/
http://en.wikipedia.org/wiki/Gromacs