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2017年04月10日 20:42:32
以前, 使用MD模擬糖分子并不容易，因?yàn)獒槍?duì)蛋白質(zhì)和核酸設(shè)計(jì)出來(lái)的力場(chǎng)用在糖分子上不大合適, 因此需要對(duì)常用力場(chǎng)進(jìn)行修正. 可參考下列文獻(xiàn)(文獻(xiàn)稍老, 請(qǐng)查閱更新的)
CHARMM: Carbohydrate Solution Simulations: Producing A Force Field With Experimentally Consistent Primary Alcohol Rotational Frequencies And Populations. Michelle Kuttel, J. W. Brady, Kevin J. Naidoo; J. Comput. Chem. 23(13):1236-1243, 2002; 10.1002/jcc.10119
OPLSAA: An Improved Opls-aa Force Field For Carbohydrates. D. Kony, W. Damm, S. Stoll, W. F. Van Gunsteren; J. Comput. Chem. 23(15):1416-1429, 2002; 10.1002/jcc.10139
GROMOS: A New Gromos Force Field For Hexopyranose-based Carbohydrates. Roberto D. Lins, Philippe H. Hünenberger; J. Comput. Chem. 26(13):1400-1412, 2005; 10.1002/jcc.20275
目前, 使用比較廣泛的多糖力場(chǎng)是GLYCAM:
GLYCAM06: A Generalizable Biomolecular Force Field. Carbohydrates
Karl N. Kirschner, Austin B. Yongye, Sarah M. Tschampel, Jorge González-outeiri?o, Charlisa R. Daniels, B. Lachele Foley, Robert J. Woods; J. Comput. Chem. 29(4):622-655, 2007; 10.1002/jcc.20820
這里簡(jiǎn)單示例下如何利用AmberTools和acpype創(chuàng)建多糖的GROMACS輸入文件并進(jìn)行模擬.
所需程序
AmberTools: 用于生成AMBER的輸入文件. 可以下載編譯安裝官方版本, 經(jīng)驗(yàn)不足的話, 比較麻煩. 建議使用我整合的Windows版, 參考?Windows下的AmberTools+RESP+ACPYPE.
acpype腳本: 用于將AMBER輸入文件轉(zhuǎn)換為GROMACS輸入文件. 可以在網(wǎng)上下載, 但要注意版本. 我整合的Windows版AmberTools中已經(jīng)自帶了acpype腳本及其可執(zhí)行程序, 無(wú)須另外安裝. 使用方法可參考?使用AmberTools+ACPYPE+Gaussian創(chuàng)建小分子GAFF力場(chǎng)的拓?fù)湮募?/a>.
注意, 下面的示例基于我整合的Windows版AmberTools, 如果你使用其他版本, 可能需要對(duì)命令進(jìn)行相應(yīng)修改.
具體步驟
第一步: 了解基礎(chǔ)知識(shí)
了解多糖的基本信息, 閱讀AmberTools手冊(cè)的相關(guān)內(nèi)容.
相關(guān)資料可參考多糖模擬系列博文:
第二步: 生成AMBER輸入文件
以手冊(cè)中的示例來(lái)熟悉多糖的構(gòu)建方法.
新建文件gly
# 加載參數(shù)
source leaprc.GLYCAM_06
# 定義多糖序列
gly = sequence{ ROH 4YB 4YB 3MB 0MA }
# 設(shè)定 4YB-4YB, 3MB-4YB 之間的扭轉(zhuǎn)角 psi
impose gly {3 2} { {C1 O4 C4 H4 0.0} }
impose gly {4 3} { {C1 O4 C4 H4 0.0} }
# 保存 top, crd, mol2文件
saveamberparm gly gly.top gly.crd
savepdb gly gly.pdb
savemol2 gly gly.mol2
# 退出
quit
這里建議將構(gòu)型同時(shí)保存為pdb格式和mol2格式. 與pdb格式相比,?mol2格式保存了更多與力場(chǎng)相關(guān)的信息, 如原子類型, 電荷等, 查看修改更方便, 也可以直接用于AmberTools的處理. 使用mol2格式的缺點(diǎn)在于有些可視化程序可能無(wú)法識(shí)別其中的原子類別, 導(dǎo)致顯示異常(但VMD顯示正常). 這種情況下使用pdb格式查看就可以了.
使用sleap命令來(lái)生成AMBER輸入文件
sleap -f gly.in
這樣我們就得到了多糖的Amber輸入文件: 拓?fù)鋑ly.top, 坐標(biāo)gly.crd, 構(gòu)型gly.mol2.
其構(gòu)型如下
視圖:?投影?正交????速度:?
模型:?球棍?范德華球?棍狀?線框?線型?名稱
左鍵: 轉(zhuǎn)動(dòng)?? 滾輪: 縮放?? 雙擊: 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)?? Alt+左鍵: 移動(dòng)
Fig.1
第三步: 轉(zhuǎn)換為GROMACS輸入文件
使用acpype將AMBER輸入文件轉(zhuǎn)化為GROMACS輸入文件
acpype -p gly.top -x gly.crd -d
會(huì)得到GROMACS坐標(biāo)文件gly_GMX.gro和拓?fù)湮募ly_GMX.top. 此外acpype還會(huì)自動(dòng)給出兩個(gè)mdp文件:?em.mdp和md.mdp, 但基本沒(méi)什么用, 因?yàn)槔锩娴脑O(shè)置太少.
第四步: 運(yùn)行GROMACS模擬
得到坐標(biāo)文件和拓?fù)湮募? 再準(zhǔn)備好mdp文件和索引文件，遵照通常的流程進(jìn)行模擬就可以了.
由于GLYCAM和AMBER力場(chǎng)屬于一個(gè)系列, 水模型都推薦用TIP3P.
下面是gly的一段模擬軌跡
視圖:?投影?正交????速度:?
模型:?球棍?范德華球?棍狀?線框?線型?名稱
左鍵: 轉(zhuǎn)動(dòng)?? 滾輪: 縮放?? 雙擊: 動(dòng)畫播放開(kāi)關(guān)?? Alt+左鍵: 移動(dòng)
Fig.2
存在的問(wèn)題
AMBER力場(chǎng)中, 分子內(nèi)1-4非鍵相互作用的校正因子為0.5和0.8333, 而GLYCAM力場(chǎng)中二者都是1.0. 所以, 如果體系中只有多糖的話, 需要將上面第三步所得拓?fù)湮募衃 defaults ]下面的fudgeLJ和fudgeQQ都改成1.0.
對(duì)于同時(shí)使用AMBER和GLYCAM力場(chǎng)的體系, 1-4非鍵作用的校正因子如何設(shè)置呢? 最簡(jiǎn)單的方法是不修改, 直接使用AMBER力場(chǎng)的設(shè)置0.5和0.8333. 這樣的話GLYCAM的準(zhǔn)確度可能會(huì)降低些, 但如果你更關(guān)心蛋白質(zhì)的構(gòu)型, 這種方法也未嘗不可. 實(shí)際上, Amber和GROMACS都可以實(shí)現(xiàn)使用混合的1-4非鍵作用因子. 在GROMACS中只要把[ pairs ]部分的函數(shù)類型改成2, 并提供fudgeQQ,?q_i,?q_j,?sigma_ij,?epsilon_ij五個(gè)參數(shù)就可以了. 詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考GROMACS手冊(cè)?5.3.4 分子內(nèi)的對(duì)相互作用,?表 5.5: moleculetype 指令詳解.
擴(kuò)展應(yīng)用
如果你理解了上面的作法, 請(qǐng)思考并解決下面兩個(gè)問(wèn)題:
如何構(gòu)建環(huán)狀多糖, 或周期性多糖?
如果多糖結(jié)構(gòu)文件已知, 如何修改上面的流程獲得其GROMACS輸入文件?
評(píng)論
2017-04-17 15:37:30?Teddy?老師你好硕旗，如果多糖結(jié)構(gòu)文件已知該怎么弄叭肌操软？
2017-04-17 22:34:17?Jerkwin?這是個(gè)作業(yè), 你學(xué)了上面的, 就應(yīng)該會(huì)做了.
2017-05-15 13:11:03?Teddy?不好意思搅裙，李老師摘刑，我學(xué)了上面的蘸秘，還是弄不好官卡，我是從英國(guó)劍橋晶體數(shù)據(jù)庫(kù)下載的纖維素的單晶，然后轉(zhuǎn)化成mol2文件醋虏，直接寫 source leaprc.GLYCAM_06 cell = loadmol2 cell.mol2 saveamberparm cell cell.top cell.crd savepdb cell cell.pdb savemol2 cell cell.mol2 quit 出現(xiàn)很多錯(cuò)誤 額寻咒。。應(yīng)該不是這樣弄吧颈嚼？ 請(qǐng)李老師教一下毛秘，謝謝
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