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GROMACS 教程：蛋白配体复合物（二）准备配体拓扑-天天讯息

2023-01-28 14:55:02来源：哔哩哔哩

现在我们来处理配体，但是它不能被力场自动识别而生成拓扑。在分子模拟中对配体进行合适的处理是最困难的任务之一。分子力场的作者们花费大量精力构建了自洽的分子力场。向此框架内引入新的分子种类绝非易事。对于任何新的分子种类生成的分子力场参数必须与原有的分子力场不发生冲突。

对于OPLS, AMBER, 以及CHARMM分子力场，这样的演化往往是靠量子化学的计算。这些分子力场的原始文献描述了所需的步骤。对于GROMOS力场，参数化方法不是很清晰，依赖于凝聚相表现的经验拟合。也就是说，一些初始电荷和Lennard-Jones参数要对每一个原子类型计算，评估他们的准确性，然后再优化。尽管最终结果很让人满意，也就是说，流体很好地模拟了现实，但是整个演化的处理过程费时费力。

【资料图】

因此，自动化的工具更被推荐使用。对于每一种分子力场，都有软件程序能够给出参数。这些软件的准确度各自不同。下表是一些例子：

在这个教程中，我们将用CGenFF服务器（https://cgenff.umaryland.edu/）生成JZ4的拓扑。注册一个免费帐户并激活。CGenFF要求.mol2文件作为输入，获取原子类型和连接关系的信息。CHARMM作为一种全原子分子力场，必须要有全部的H原子。晶体结构中通常不会包含H原子的坐标，因此要手动添加。为了生成.mol2文件并添加H原子，使用Avogadro程序。在Avogadro中打开jz4.pdb，从“Build”菜单中，选择“Add Hydrogens”。Avogadro会自动给JZ4加上所有的氢原子。保存为.mol2文件。(注：译者使用OpenBabel-3.1.1程序生成.mol2文件，操作与上述类似。人工检查.mol2文件是否正确、合理，请参考 “谈谈记录化学体系结构的mol2文件” - http://sobereva.com/655)

要对jz4.mol2做一些人工的校正，用文本编辑器打开jz4.mol2：

修改一，在MOLECULE区，用“JZ4”替换掉“*****”:

修改二，修改残基的名称和序号，名称统一为JZ4，序号统一为1。

修改三，键的顺序有些奇怪。各种软件生成的键的列表各不相同。如果键不是升序排列，就无法构建具有相匹配坐标的正确拓扑。下载一个原作者编写的脚本并执行：

输出的jz4_fix.mol2是可用于后续操作的正确文件。在CGenFF服务器上传jz4_fix.mol2，服务器会返回给我们一个.str格式的CHARMM的拓扑文件，保存为jz4_fix.str。

这个CHARMM stream文件中包含了所有的拓扑信息，包括原子类型，电荷，成键方式。其中还包含了分子力场没有涉及的有关内部相互作用的额外的成键参数。CGenFF对每个参数还提供了惩罚分数，也就是说来评判这些指定的参数的可靠性。分数小于10可以直接用。分数10到50要小心用，分数超过五十要人工地重新参数化。这个惩罚分数是CGenFF最重要的特性之一。许多其他的服务器生成参数的过程都是“黑盒子”，只给用户丢出一个结果。用这种无法人工验证的自动化工具来做课题是极度危险的。用差的配体拓扑工具，消耗大量时间，最终得到的是不可靠的结果。一定要对参数化的分子种类进行确认，最少要检查电荷量和原子类型，不得与分子力场现有的分子种类冲突。

检查jz4_fix.str，看对于电荷和新生成的二面角参数的惩罚分数。分数都很低，说明这个拓扑质量很好，可以直接用于我们的模拟。

CHARMM格式的拓扑文件不能直接用于GROMACS的模拟，用直接在MacKerall网站下载的Python脚本转换格式(译者在此处遇到了编码问题，在python代码line151读取文件时声明encoding=‘utf-8’即解决)：

格式转换成功后输出结果：

配体生成的原分子力场中没有的新的成键参数写入了文件“jz4.prm”

在蛋白拓扑的生成中我们得到了“3htb_processed.gro”，其中包含了经过处理的，服从分子力场的蛋白结构。通过上述步骤我们得到了“jz4_ini.pdb”，其中包含了所有必需的H原子，并且与JZ4拓扑的原子名称相符。用editconf将.pdb转换成.gro。

用文本编辑器创建一个complex.gro，将3htb_processed.gro和jz4.gro合并到一个文件里，将jz4.gro插入到3htb_processed.gro中的蛋白原子之后，盒向量之前：

之后，在complex.gro的第二行修改原子总数为2636。

将JZ4的拓扑包含到体系拓扑中去，在topol.top中引入位置限定文件的后面插入：

配体引入的新的二面角参数，写在“jz4.prm”里。在[ moleculartype ]的上方插入（必须要定义好所有的参数之后，才能构建分子；定义键参数之前，必须要确定原子类型）：

最后在[ molecules ]中添加：

成功！

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