如何在Gromacs中添加自定义溶剂

在Gromacs中添加自定义溶剂

Gromacs中的默认溶剂一般只有水溶液，但有时候需要在Gromacs中将蛋白融入非水溶剂，例如将C的化合物融入有机溶剂，下面将介绍如何在Gromacs中自定义溶剂，并制作自己的仿真盒子进行MD模拟。具体实例将水融入CH4中，随后对水进行MD模拟。

准备自定义溶质的拓扑文件

这里我用Gaussview画了一个碳原子，另存为PDB文件，Gaussview会自动补充氢原子

随后我们需要在准备这个结构的.itp文件和.gro文件，这里我用的是LigParGen（http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/）自动生成这个原子的两个文件，文件放在后面了，想重复的可以下载。

在Gromacs中添加自定义立场

准备好分子的拓扑文件后，还需要将文件夹放在Gromacs的力场文件中，这里我使用全原子立场OPLS-AA,所以先找到Gromacs安装文件中的oplsaa.ff文件夹，一般是在/share/top/中，在这里复制自己需要的力场文件夹到工作文件夹，这里有的教程写的是可以在原文件夹中添加自定义文件，再在命令中加上-name选择这个文件，我的Gromacs版本是2018.1，经过测试这种方法在这个版本中并不可行。

然后在OPLS-AA夹和当前文件夹 中，将Carbon.itp和Carbon.gro文件复制进去。

使用Gromacs生成水层的top文件

众所周知，Gromacs有三大输入文件.gro .itp(.top) .mdp
所以需要通过pdb文件得到.gro与.top文件
在终端依次中输入

gmx editconf -f water.pdb -o water.gro -c -d 1.0 -bt cubic

gmx x2top -f water.gro -o water.top -ff select -nopbc -kb 400000 -kt 600 -kp 150

出现让选择力场的提示，选择1，这是我们刚才自己构建的力场。

每次成功Gromacs都会reminds you。

将水溶于CH4

这里的溶于指在仿真盒子中以水分子为中心，周围均匀填充CH4，注意如何你的蛋白中间的空隙如果足够填充一个溶剂分子的话，溶剂分子会进入蛋白的结构。如果不希望这种情况的发生，则需要规定溶剂移动范围。
在linux终端中输入

gmx solvate -cp water.gro -cs Carbon.gro -p water.top -o conf.gro

得到这样的结果说明溶解成功。

修改top文件中molecules数量

由于Gromacs自带的代码中只能自动添加水溶剂的molecules数量，所以我们需要在top文件中自己添加溶剂的数量。
首先我们先尝试着输入一条能量最小化的命令

gmx grompp -f minim.mdp -c conf.gro -p water.top -o em.tpr

由于这时候gro文件与top文件中的分子数量不匹配，Gromacs会报错

这时候我们就要计算一下要添加的分子数量，由pdb文件可知，一个CH4分子有5个原子，而从报错信息中可以看到，现在top文件中只有3个原子，而gro文件中有38个原子所以需要添加的原子为

                                         （38-3）/5 =7

首先用文本格式打开carbon.itp文件

在Name这里找到itp文件中的moleculetype的名字，这里建议改成和实际原子对于的。
然后用文本格式打开water.top文件，在文本的最后添加这个分子名字和上面计算的分子个数。

这里我直接用默认名称了，不建议这样。
记得还要在立场文件的定义下面再加一行自己定义分子的itp文件

#include "./oplsaa.ff/carbon.itp"

然后就可以正常进行能量最小化了。

能量最小化

依次输入

gmx grompp -f minim.mdp -c conf.gro -p water.top -o em.tpr

gmx mdrun -v -deffnm em

NVT预平衡

依次输入

gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -r em.gro -p water.top -o nvt.tpr

gmx mdrun -v -deffnm nvt

NPT预平衡

依次输入

gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -r nvt.gro -p water.top -o npt.tpr

gmx mdrun -v -deffnm npt

MD成品模拟

依次输入

gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -r npt.gro -p water.top -o md.tpr

gmx mdrun -v -deffnm md

成品模拟和就可以计算需要计算的参数了，MD模拟的参数mdp文件也放在下面了需要的可以自行下载。

注意由于版本不同可能会导致一些bug，如果有问题可以在下面回复，看到我会一一回复，例如有时候用editconf自动生成的gro文件的尺寸不合适，这时还需要人工修改.gro文件中仿真盒子的尺寸。

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