<!DOCTYPE html>
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AM1-bcc电荷可以使用AmberTools中的antechamber程序直接得到(或使用Chimera软件, 它集成了antechamber). RESP电荷则需借助第三方量子化学程序来得到, 如Gaussian, GAMESS等. 因此, 如果你想使用RESP电荷, 那你还需要安装一种量子化学程序. 由于Gaussian使用方便, 所以使用更广泛些. Windows版本的Gaussian及其自带的GaussView界面安装很容易, 网上资料也很多, 这里不做介绍.</p> <p>使用AmberTools+ACPYPE+Gaussian创建小分子GAFF力场拓扑文件的整个流程如下:</p> <p><img src="/pic/GMX_proc.png" alt=""></p> <p>创建过程的大致步骤是先利用Gaussian得到RESP电荷, 然后利用AmberTools得到AMBER的参数文件. 由于GROMACS和AMBER参数文件的格式很不一样，所以最后需要使用ACPYPE将AMBER参数文件转换为GROMACS可识别的.gro和.top文件. 具体步骤说明如下:</p> <h2 id="toc-1">1. 使用`GaussView`创建分子构型并做初步优化</h2><p>使用熟悉的分子编辑软件创建分子构型. 可用的软件非常多, 一般只要支持输出为.pdb或.mol2格式即可. GaussView, Chimera, Chem3D, VMD等等都可以. 由于我们需要使用Gaussian计算静电势以用于拟合RESP电荷, 所以使用与Gaussian配套的GaussView来构建分子并准备输入文件更方便些. 因此, 如果你对分子编辑软件还没有形成什么偏好的话, 那我推荐你试一试GaussView.</p> <p>我这里使用的Gaussian 09 C.01版本, 建议你至少使用这个版本, 或使用更新的D.01版, 不要使用更低的版本, 因为下面的有些操作更低的版本不支持. 详细信息见参考资料中的博文.</p> <p>构建好分子之后, 一般要做下粗略的优化, 使搭建出来的分子构型看起来更合理一些. 这在GaussView中很容易完成, 只要点击<code>Edit</code> -> <code>Clean</code>就可以了.</p> <p><strong>注意, Gaussian以及GaussView的安装路径中不能含有中文, 输入输出文件的保存路径中也不能使用中文</strong></p> <p>下面就是我们构建出来的分子结构</p> <figure><script>var Mol=new ChemDoodle.MovieCanvas3D('Mol-1', 650,400);Mol.specs.set3DRepresentation('Ball and Stick');Mol.specs.projectionPerspective_3D = false;Mol.specs.backgroundColor='black';Mol.specs.crystals_unitCellLineWidth = 1.5;Mol.specs.proteins_ribbonCartoonize = true; Mol.addFrame([ChemDoodle.readXYZ(' 30\nLig\nC 0.09543850 4.17975179 -3.80964600\nC 0.80175777 5.38903340 -3.80884681\nC 0.51304983 6.37432406 -2.85249130\nC -0.45856117 6.13391634 -1.87580461\nC -1.18031438 4.93159413 -1.88905531\nC -0.90248285 3.95453152 -2.85472308\nH 1.56233451 5.56314689 -4.54229097\nC 1.19956438 7.59276989 -2.90325955\nH -1.94182292 4.75784609 -1.15991385\nH -1.45081509 3.03717093 -2.86078559\nC -0.30345881 8.46335809 -1.24485519\nH -1.73198058 7.12735889 -0.66279753\nCl 0.46333814 2.94533594 -5.00948909\nN -0.74589355 7.12382213 -0.83061474\nO 0.90932293 8.65634024 -1.98723376\nO -0.99787825 9.46470538 -0.92486787\nC 2.46836230 7.66604935 -3.77522994\nC 2.06538526 7.12862117 -1.71684839\nC 2.73839284 6.76831182 -0.79496623\nC 3.60919766 6.31065294 0.39227777\nC 2.95652452 5.50506598 1.52982428\nC 3.98331757 4.83175242 0.58972154\nH 4.30131921 7.08604394 0.65490131\nH 1.93420679 5.20229877 1.46988859\nH 3.23306015 5.67204191 2.55152136\nH 4.96924771 4.59499298 0.93250673\nH 3.67048802 4.12555972 -0.14844314\nF 2.17575489 7.26575804 -5.03005425\nF 3.42083779 6.86041395 -3.25669940\nF 2.92230775 8.93762961 -3.80142482\n')],[]); Mol.loadMolecule(Mol.frames[0].mols[0]);Mol.startAnimation();</script><br><figurecaption>Fig.1</figurecaption></figure><h2 id="toc-2">2. 使用Gaussian进一步优化分子构型并计算静电势</h2><p>粗略优化之后, 我们要使用Gaussian进行进一步的优化, 同时计算其静电势, 用于后面拟合RESP电荷. 如果你熟悉Gaussian的计算流程, 可以先保存文件, 然后修改输入文件后在命令行中运行. 如果不熟悉的话, 你可以在GaussView的菜单中操作.</p> <p>点击<code>Calculate</code>-><code>Gaussian Calculation Setup</code>, 打开输入文件编译界面</p> <p><img src="/pic/GMX_g09.png" alt=""></p> <p>先将计算类型修改为优化,</p> <p><img src="/pic/GMX_opt.png" alt=""></p> <p>设定优化使用的方法, 基组, 以及体系的电荷, 自旋多重度</p> <p><img src="/pic/GMX_bs.png" alt=""></p> <p>标题段可改可不改</p> <p><img src="/pic/GMX_tit.png" alt=""></p> <p><code>Link 0</code>部分可设定计算时所用的内存和核数. Windows下Gaussian最多可使用1 GB内存, 我的电脑是四核的, 这里我设置使用2个核</p> <p><img src="/pic/GMX_mem.png" alt=""></p> <p><code>General</code>部分设置使用二次收敛的SCF方法以确保收敛, 选择忽略对称性, 不将连接信息写到输入文件中. 其实这些设置影响不大, 不改一般也没事.</p> <p><img src="/pic/GMX_scf.png" alt=""></p> <p>最后, <code>Add. Inp.</code>部分添加静电势输出文件的名称, 并在``中添加计算静电势的关键词</p> <p><img src="/pic/GMX_add.png" alt=""></p> <p>点击<code>Submit..</code>保存为.gjf文件, 并输出直角坐标和附加输入</p> <p><img src="/pic/GMX_gjf.png" alt=""></p> <p>打开产生的输入文件, 内容如下:</p> <p><img src="/pic/GMX_file.png" alt=""></p> <p>有关输入文件中关键词的解释, 见参考资料中的博文.</p> <p><strong>注意, Gaussian输入文件中的空行非常重要, 要严格按图上的格式来. 比如, <code>Lig_ini.gesp</code>前面只能有一个空行, 而<code>Lig.gesp</code>后面至少要有两个空行.</strong></p> <p>得到了输入文件后, 我们就可以使用Gaussian来运行它了. 你可以使用Gaussian自带的用户界面来运行, 也可以使用命令行.</p> <p>由于这个分子较大, 在我的机器上, 运行了3个多小时才正常结束.</p> <p>运行正常结束后, 会产生<code>Lig.chk</code>, <code>Lig.out</code>, <code>Lig_ini.geps</code>和<code>Lig.gesp</code>等文件, 我们只需要其中的<code>Lig.gesp</code>文件, 它是优化后构型的静电势文件, 我们就使用它来拟合RESP电荷.</p> <p>另外, 我们也可以利用<code>antechamber</code>命令来产生运行Gaussian需要的输入文件, 像下面这样</p> <pre><code>antechamber -i Lig.mol2 -fi mol2 -o Lig.gjf -fo gcrt -pf y -gm "%mem=1GB" -gn "%nproc=2" -nc 1 -gk "#HF/6-31G* SCF=tight Pop=MK iop(6/33=2,6/42=6,6/50=1)" </code></pre> <h2 id="toc-3">3. 使用antechamebr拟合RESP电荷</h2><p>使用上一步得到的<code>Lig.gesp</code>文件, 运行<code>antechamebr</code>拟合RESP电荷</p> <pre><code>antechamber -i Lig.gesp -fi gesp -o Lig.mol2 -fo mol2 -pf y -c resp </code></pre> <p>我们只需要<code>Lig.mol2</code>输出文件, 它包含了构型以及RESP电荷, 其他文件<code>ANTECHAMBER*</code>, <code>ATOMTYPE.INF</code> <code>BCCTYPE.INF</code> <code>NEWPDB.PDB</code> <code>PREP.INF</code>, <code>esout</code>, <code>qout</code>, <code>punch</code>等都可删除.</p> <h2 id="toc-4">4. 使用parmchk2检查GAFF参数并生成缺失参数文件</h2><p>使用上一步得到的<code>Lig.mol2</code>文件, 运行<code>parmchk2</code>命令</p> <pre><code>parmchk2 -i Lig.mol2 -f mol2 -o Lig.frcmod </code></pre> <p><code>parmchk2</code>是原先<code>parmchk</code>的增强版, 可以检查输入分子构型中GAFF的缺失参数, 并生成相应的补充参数文件<code>Lig.frcmod</code>.</p> <h2 id="toc-5">5. 使用sleap生成AMBER参数文件及坐标文件</h2><p>编写一个<code>leap.in</code>文本文件, 内容如下:</p> <pre><code>source leaprc.ff14SB source leaprc.gaff loadamberparams Lig.frcmod lig=loadmol2 Lig.mol2 check lig saveamberparm lig Lig.prmtop Lig.inpcrd quit </code></pre> <p>然后运行<code>sleap</code>命令</p> <pre><code>sleap -f leap.in </code></pre> <p>这样就拿到了分子的AMBER参数文件<code>Lig.prmtop</code>, 结构文件<code>Lig.inpcrd</code>.</p> <p>也可直接打开<code>sleap</code>依次执行<code>leap.in</code>文件中的每一行, 只不过麻烦一些.</p> <h2 id="toc-6">6. 使用ACPYPE将AMBER文件转换为GROMACS文件</h2><p>运行<code>ACPYPE</code>命令</p> <pre><code>acpype -p Lig.prmtop -x Lig.inpcrd -d </code></pre> <p>这样就得到了GROMACS支持的<code>Lig_GMX.gro</code>, <code>Lig_GMX.top</code>, <code>em.mdp</code>, <code>md.mdp</code>等文件. 一般我们只需要前面两个文件.</p> <p>如果想将.top文件进行处理生成.itp文件，以便在蛋白质的拓扑文件中包含, 可以除去表头, 改动原子类型, 再除去后面的附加信息.</p> <p>实际上, 上面的3, 4, 5, 6这几个步骤可以使用<code>ACPYPE</code>一步完成, 但在Windows下由于路径的原因很容易出问题. 像上面这样分开做的话, 一步一步完成的话, 出错了容易定位具体的出错步骤. 如果你对这个过程很熟悉了, 可以将这些流程写在一个脚本中自动执行, 或是研究一下如何使用acpype一步执行成功.</p> <p><strong>参考资料</strong></p> <ul class="incremental"> <li><a href="http://platinhom.github.io/2015/11/12/AMBER-Ligand/">AMBER:小分子处理</a></li> <li><a href="http://bioms.org/forum.php?mod=viewthread&tid=52&highlight=GAFF">GMX中如何实现小分子的GAFF立场</a></li> <li><a href="http://platinhom.github.io/2015/09/17/AutoCalcRESP/">自动计算ESP和RESP电荷(AMBER and G09)</a></li> <li><a href="http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=6783663&fpage=1">GROMACS处理蛋白-配体体系</a> <a href="/Prog/在GROMACS中使用GAFF力场处理配体并建立任务.pdf">pdf</a></li> </ul> </div>