整理的几种适用于GROMACS输入的小分子拓扑文件获取流程

最近在研究底物结合的时候,用新手教程提供的方案得到的拓扑惩罚值太高(可能我的那个 ligand 结构太奇怪了),所以(被迫)搜寻了其他几种优化小分子拓扑的方法。

目前有很多生成小分子拓扑和力场的网站 or 软件,可以满足不同的动力学模拟软件和力场,sob 的这篇文章有很好的归纳,然后笔者尝试了其中几种,将所得结果比较完美的方法的流程记录如下:

preparatory work

一般来说,为了构建一个适用于GROMACS的拓扑,我们要把 .pdb 转换成好处理的 .mol2 格式(如果你连小分子三维模型都没有的话,可以去数据库里下载(比如PubChem)或用 GaussView (或者ChemDraw)画一个(不过这就是另外的话题了))。新手教程里处理 .pdb 用的是 Avogadro,但是个人感觉用来转化文件格式、做做小处理有点冗余。这边建议用 Open Babel 来进行操作(它还可以和其他的软件结合使用)。

整理的几种适用于GROMACS输入的小分子拓扑文件获取流程_第1张图片
然后拿去用就可以了。

For Windows

ORCA+Multiwfn+sobtop

这一套方法适用于GROMACS的所有力场,很方便而且精准度也可以很高。因为其中绝大部分是Sobereva大大发布在他自己的博客里,这里仅说明本人的实践过程然后给出方法相应的链接。

  1. 首先要安装一些可能用到的软件: (1)下载并安装 ORCA(安装教程在这;因为 ORCA 是完全免费的,所以最好自己去官网下载(不过这可能需要魔法上网),实在不行就看万能的网友能不能给你答案吧);(2)下载并安装Multiwfn(请一定要按照 Multiwfn 手册进行安装,不要忘记修改 settings.ini 里面的路径);(3)在环境变量里面新建 Multiwfnpath(Multiwfnpath.exe 所在文件夹)和 ORCA_EXEDIR(orca.exe 所在文件夹),并且在 Path 里面添加他们相应的路径,这么做是为了便于在不同文件夹里运行 Multiwfn(以及调用 ORCA 和运行脚本),请详细阅读Multiwfn 手册 Appendix 1 部分以及这篇文章(主要是1.1的第一段)(一定要读而且按照要求的来做,要不然就等着报错吧);(4)为了 Windows 里运行 shell 脚本,安装 Git(如果不理解安装过程中给你的那些选项,只选 recommend 和默认的就可以);

  2. 第一步是利用 ORCA+Multiwfn 生成小分子的 RESP 原子电荷(假设要计算FAD.mol2):(1)把你的 FAD .mol2 文件放到随便哪个文件夹里,然后在 Multiwfn 文件夹下的examples\RESP\找到对应 ORCA 的 sh 脚本,复制一份到 .mol2 所在的文件夹;(2)修改脚本内的路径,主要为ORCA="/home/user/orca503/orca"orca_2mkl="/home/user/orca503/orca_2mkl",然后修改并行数和最大核数nprocs=10 maxcore=1000(3)然后在当前文件夹打开 Git Bash,按照教程(教程1、教程2,强烈建议全部阅读)的指令运行就可以了,bash ./RESP2_ORCA.sh FAD.mol2,运行结束就可以得到一个 FAD.chg 文件。

整理的几种适用于GROMACS输入的小分子拓扑文件获取流程_第2张图片

  1. 第二步还是是利用 ORCA+Multiwfn,来生成小分子键的优化(这一部分参照了这个视频的流程和这篇文章,主要是为了得到 .hess 文件):(1)将 FAD.mol2 文件转成 ORCA 输入文件 .inp 格式,具体操作为:打开 Multiwfn 并导入第一步中用过的 FAD.mol2 文件,依次输入:
100 #选择其他功能的part 1
2 #文件转换功能
12 #生成 ORCA 输入文件
your path #输入你想保存的路径和名称,如果按回车就会保存在当前文件夹
#如果你使用的是 4.x 版本的 ORCA,请进行下一步操作;如果不是跳过就好
-11 #选择 ORCA 版本
0 #选择 4.x 版本,如果你是高版本记得选别的
0 #更改任务类型,因为我们要进行键的优化嘛
4 #优化
1 #B97-3c

这样就得到了 .inp 文件。(2) 接下来使用 ORCA 得到 .hess 文件;在.inp 文件(假设它叫 lig.inp)所在位置打开 cmd,输入:

orca lig.inp>lig.out

(如果不行就试试ORCAPATH\orca lig.inp>lig.out,其中ORCAPATH是你的orca的绝对路径)等待计算完成就可以啦。

  1. 第三步要利用sobtop来生成拓扑:(1)下载安装 sobtop;(2)接下来的操作参考了 sobtop 的例1(建议先把第一步的 .chg、第二步的 .hess 以及原本的 .mol2 文件放置到同一个文件夹里(这不是个超链接)),双击 sobtop.exe,然后依次输入:
'.mol2 path' #键入原本的 .mol2 文件的绝对路径
7 #添加电荷
10 #添加由 Multiwfn 生成的 .chg 文件
'.chg path' #键入第一步中得到的 .chg 文件的绝对路径
0 #返回
2 #产生 .gro 文件
'your path' #你希望储存的路径和名称,按回车就会生成在默认(应该是sobtop.exe所在的)文件夹里
-1 #设置力场的产生方法
4 #选用 DRIH 方法
1 #产生 GROMACS 拓扑文件
2 #使用 GAFF 原子类型,没法识别的自动用 UFF 原子类型
2 #通过DRIH方法得到力常数
'.hess path' #键入第二步中得到的 .hess 文件的绝对路径
'' #.top的储存路径和名称,按回车就会生成在默认文件夹里(和sobtop.exe在同一个文件夹内)
'' #.itp的储存路径和名称,同上
#输出结束且无报错之后
0

然后你就得到了相应的.gro、.top和.itp文件了(大功告成 ✌)。

For Linux

ORCA+Multiwfn+sobtop

  1. 首先也是一些软件的安装:(1) 在安装ORCA之前首先要安装对应版本的 openmpi (还是可以参考这里的2.1部分),需要注意的是make all install -j一步需要 root 权限,所以得是sudo make all install -j,否则就会出现无法进入某个文件夹的fault;记得添加路径(如果加完再打开命令行验证还是没有、或者说还是之前的版本的话,有可能换成这个就好了export PATH=/sob/openmpi411/bin:$PATH);(2)按照这个教程继续安装ORCA(很详细的);(3) 安装Multiwfn(跟着手册走就行,很详细);别忘了修改堆栈限制,在~/.bashrc添加export KMP_STACKSIZE=200M ulimit -s unlimited;然后修改settings.ini里的 orca_2mklpath=为你所安装的ORCA相应文件的路径;(4)下载安装 sobtop,直接unzip解压就完了。

  2. 接下来的操作和Win系统类似(所以我在这就写得简略一些了,假设要计算FAD.mol2的),第一步是利用 ORCA+Multiwfn 生成小分子的 RESP 原子电荷:还是把ORCA 的 sh 脚本复制一份到 .mol2 所在的文件夹,修改脚本内的路径和并行设置,然后 bash ./RESP2_ORCA.sh FAD.mol2

  3. 第二步还是是利用 ORCA+Multiwfn,来生成小分子键的优化(具体操作和上一部分一样):(1) 将 .mol2 文件转成 ORCA 输入文件 .inp 格式;(2) 使用上一步的 .inp 通过 ORCA 得到 .hess 文件;

  4. (1) 进入sobtop的文件夹中,在shell里键入sobtop启动(一定要在sobtop这个程序的文件夹,也就是你解压出来的文件夹内运行);(2)接下来的流程和 Win 版本完全一样,不再赘述。
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