分子动力学模拟Gromacs一般使用步骤（空蛋白）

前言

本人菜鸟，记录一下自己学习使用Gromacs的过程。

模拟一般过程：

获取蛋白质结构文件 → 准备拓扑  →  选择力场 → 添加盒子、溶剂 → 添加离子 → 能量最小化 → 温度、压力平衡 → 开始模拟 → 分析结果

软件：gromacs2021

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目录

1.准备蛋白质结构文件

2.准备拓扑、选择力场

3.添加盒子、溶剂

4.添加离子

5.能量最小化

6.温度、压力平衡

7.开始模拟

8.分析结果

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开始

1.准备蛋白质结构文件

蛋白质结构文件（.pdb）可以从PDB蛋白质数据库中下载（RCSB PDB: Homepage）

查找你需要的蛋白质

以1ETH为例

 下载PDB格式的文件

注：蛋白质结构文件里会有水分子，可下载上图中PDB Format（gz）文件，将文件中的.ent文件用Discovery Studio或Pymol打开并去除水分子，并不是任何时候都需要进行这个过程(比如对与活性位点结合的水分子就不能去除）。

2.准备拓扑、选择力场

在服务器上输入如下命令

gmx pdb2gmx -f 1ETH.pdb -o 1ETH_processed.gro -water spc

gmx会提示选择一个力场，输入8，选择CHARMM27力场

注：如果出现如下报错

说明pdb文件中对氢原子的命名与力场rtp文件中命名规则与顺序不同。解决方法：①如果需要保留初始氢原子，需要找到该力场的rtp文件查看文件中的命名规则对氢原子重命名。②在上面的命令行中末尾加上 -ignh 命令忽略氢原子。

选择完力场得到三个文件.gro, topol.top和.itp

 

3.添加盒子、溶剂

定义单元盒子

gmx editconf -f 1ETH_processed.gro -o newbox.gro -bt dodecahedron -d 1.0

得到newbox.gro  填充溶剂水

gmx solvate -cp newbox.gro -cs spc216.gro -p topol.top -o solvate.gro

得到solvate.gro文件

4.添加离子

点击下载em.mdp文件，存放到同工程目录下。 

然后输入命令

gmx grompp -f em.mdp -c solvate.gro -p topol.top -o next.tpr

如果出现平衡电荷数警告，在命令后端加上 -maxwarn 1

gmx grompp -f em.mdp -c solvate.gro -p topol.top -o next.tpr -maxwarn 1

翻看上面的输出信息，可以看到整个体系携带的电荷数。

由于生命体系中不存在净电荷，必须在体系中添加离子。

-pname 阳离子的名称 -nname 阴离子的名称 -np 阳离子个数 -nn 阴离子个数

gmx genion -s next.tpr -o solv_ions.gro -p topol.top -pname NA -np 8 -nname CL 

运行上面的命令后会提示选择溶剂，选择13 SOL。

得到solv_ions.gro文件

5.能量最小化

gmx grompp -f em.mdp -c solv_ions.gro -p topol.top -o em.tpr

得到em.tpr文件，运行EM。

gmx mdrun -v -deffnm em

得到四个文件.edr .trr .log .gro

6.温度、压力平衡

点击下载nvt.mdp npt.mdp文件，存放到同工程目录下。 

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

运行之后得到nvt.tpr文件

开始nvt

gmx mdrun -deffnm nvt

next..

gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -r nvt.gro -t nvt.cpt -p topol.top -o npt.tpr

运行之后得到npt.tpr文件

开始npt

gmx mdrun -deffnm npt

7.开始模拟

点击下载md.mdp文件，存放到同工程目录下。

依次运行命令

gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -t npt.cpt -p topol.top -o md_0_1.tpr

-v 可显示计算结束时间

gmx mdrun -deffnm md_0_1 -v

GO!

注：

①如果要使用gpu加速，可在末尾加上 -nb gpu 来使用gpu加速计算，-v 可显示计算结束时间。

gmx mdrun -deffnm md_0_1 -nb gpu -v

②如果模拟过程中因突发状况导致模拟终止，可使用如下命令续跑。

在同一个文件夹下运行（假设你的任务名称是 md_0_1）

gmx mdrun -s md_0_1.tpr -cpi md_0_1.cpt -deffnm md_0_1

8.分析结果

附官方使用手册翻译