GROMACS分子模拟基础实验教程(4)-定义模拟体系的尺寸并加水

文摘   科学   2023-05-23 11:28   江苏  

         


今天的内容是:

GROMACS分子模拟基础实验教程第四篇-定义模拟体系的容器尺寸并加水


更多前序基础文章可以参考:

基础准备1-分子动力学模拟理论概述

基础准备2-分子动力学模拟的主要步骤

基础准备3-分子模拟基础-获取Gromacs软件

基础准备4-Ubuntu16版Linux下编译安装Gromacs2020

基础准备5-Linux7.6编译安装Gromacs2018版并行版

         

我们接着之前的实验文档:

GROMACS分子模拟基础实验教程(1)-运行环境准备

GROMACS分子模拟基础实验教程(2)-生成蛋白结构拓扑

GROMACS分子模拟基础实验教程(3)-检查和理解拓扑文件


下面开始今天的实验记录:
GROMACS分子模拟基础实验教程(4)-定义模拟体系的容器尺寸并加水

4.1 晶胞容器说明

Defining the Unit Cell & Adding Solvent 我们说的“模拟体系”有多种不同的说法,比如盒子、晶胞、容器等。
上一章熟悉了拓扑文件,下面开始定义我们要模拟的系统,要做两件事情:
一、使用gmx程序的editconf模块定义晶胞容器的尺寸
二、使用gmx程序的solvate模块向晶胞容器中填充水溶剂
         
那么该使用哪种形状的容器?本实验这里先使用一个简单的立方体形状作为容器。后续如果熟悉了周期性的边界条件与晶胞类型,可以使用菱形十二面体晶胞。因为在周期性距离相同的情况下,它的体积大约只有立方体晶胞的71%,因此可以减少需要加入的溶剂水分子的数目。
         

4.2、实操6-editconf定义容器大小  

下面开始实际操作:

一、使用editconf模块定义晶胞容器的尺寸

执行:

gmx editconf -f 1AKI_processed.gro -o 1AKI_newbox.gro -c -d 1.0 -bt cubic

实操截图如下:



执行后,会把原先的拓扑文件做一个备份:/#topol.top.1


输出的关键文本信息如下:

GROMACS:      gmx editconf, version 2020.7Executable:   /apps/svr/gromacs/gmx2020/bin/gmxData prefix:  /apps/svr/gromacs/gmx2020Working dir:  /home/asp/mdtest/demo1Command line:  gmx editconf -f 1AKI_processed.gro -o 1AKI_newbox.gro -c -d 1.0 -bt cubic          
Note that major changes are planned in future for editconf, to improve usability and utility.Read 1960 atomsVolume: 123.376 nm^3, corresponds to roughly 55500 electronsNo velocities found system size : 3.817 4.234 3.454 (nm) diameter : 5.010 (nm) center : 2.781 2.488 0.017 (nm) box vectors : 5.906 6.845 3.052 (nm) box angles : 90.00 90.00 90.00 (degrees) box volume : 123.38 (nm^3) shift : 0.724 1.017 3.488 (nm)new center : 3.505 3.505 3.505 (nm)new box vectors : 7.010 7.010 7.010 (nm)new box angles : 90.00 90.00 90.00 (degrees)new box volume : 344.48 (nm^3)

         

执行后新生成了文件1AKI_newbox.gro,我们需要理解这个命令的参数和用途:
1、将蛋白质置于容器的中心 (-c 参数)
2、到盒子边缘的距离至少为1.0 nm ( -d 1.0)
3、盒子类型是立方体 (-bt cubic)

到盒子边缘的距离参数比较重要,要使用周期性边界条件(periodic boundary conditions), 必须满足最小构象约定(minimum image convention),一个蛋白质永远不能“看到”它自身的周期性构象(不能与其自身有相互作用), 否则计算的力就不准确。
指定溶质与容器体系之间的距离为1.0nm意味着, 蛋白质分子的任意两个周期性构象之间的距离至少是2nm
         

4.3、实操7-solvate加入水溶剂


二、使用gmx调用溶剂模块向晶胞容器中填充水

Linux下执行:

gmx solvate -cp 1AKI_newbox.gro -cs spc216.gro -o 1AKI_solv.gro -p topol.top

实操截图如下:


         

输出的关键文本信息如下:

GROMACS:      gmx solvate, version 2020.7Executable:   /apps/svr/gromacs/gmx2020/bin/gmxData prefix:  /apps/svr/gromacs/gmx2020Working dir:  /home/asp/mdtest/demo1Command line:  gmx solvate -cp 1AKI_newbox.gro -cs spc216.gro -o 1AKI_solv.gro -p topol.top          
Reading solute configurationReading solvent configuration
Initialising inter-atomic distances...
WARNING: Masses and atomic (Van der Waals) radii will be guessed based on residue and atom names, since they could not be definitively assigned from the information in your input files. These guessed numbers might deviate from the mass and radius of the atom type. Please check the output files if necessary.
NOTE: From version 5.0 gmx solvate uses the Van der Waals radiifrom the source below. This means the results may be differentcompared to previous GROMACS versions.
++++ PLEASE READ AND CITE THE FOLLOWING REFERENCE ++++A. Bondivan der Waals Volumes and RadiiJ. Phys. Chem. 68 (1964) pp. 441-451-------- -------- --- Thank You --- -------- --------
Generating solvent configurationWill generate new solvent configuration of 4x4x4 boxesSolvent box contains 39252 atoms in 13084 residuesRemoved 5451 solvent atoms due to solvent-solvent overlapRemoved 1869 solvent atoms due to solute-solvent overlapSorting configurationFound 1 molecule type: SOL ( 3 atoms): 10644 residuesGenerated solvent containing 31932 atoms in 10644 residuesWriting generated configuration to 1AKI_solv.gro
Output configuration contains 33892 atoms in 10773 residuesVolume : 344.484 (nm^3)Density : 997.935 (g/l)Number of solvent molecules: 10644
Processing topologyAdding line for 10644 solvent molecules with resname (SOL) to topology file (topol.top)
Back Off! I just backed up topol.top to ./#topol.top.1#


同样也需要理解这个命令的参数和作用:
1、使用的蛋白质构型文件来自前面editconf步骤中的输出文件1AKI_newbox.gro (-cp参数)
2、溶剂的构型文件来自标准安装的GROMACS文件(-cs参数),这个spc216.gro是通用的已平衡的三位点溶剂模型,可以使用spc216.gro作为SPC, SPC/E或TIP3P水模型的溶剂构型。(因为它们都是三位点的水模型,输出文件的名称为1AKI_solv.gro
3、输出的文件叫1AKI_solv.gro,我们为solvate模块指定了拓扑文件topol.top, 这样它就能修改拓扑文件(在操作的时候原来的拓扑文件会被备份一份,我们在日常linux操作文件时也要注意养成备份的习惯,避免修改后文件不能还原或丢失)

         

注意新生成的topol.top中[ molecules ]的变化:


         

solvate记录了增加的水分子数目, 并将其写入拓扑文件中 即:  SOL这个一行
可以在linux下使用diff命令对比下区别:

         

或者直接看最后几行的区别:右边新文件多了一行SOL溶剂水分子的数量



 下一篇:GROMACS分子模拟基础实验教程(5)-为模拟体系添加离子        

今天的分享就到这里了  

欢迎点赞、在看、分享转发朋友圈 ^.^ 公众号还可以“设为星标”喔~

联系方式:微信号 coding_gene QQ 391399793 QQ群 338633443

         

         


生信实战
十年前你还不懂生信,看那一行行代码和报错,只是朦胧的心痛...