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上海建企业网站,怎么做福彩网站,东莞专业网站设计制作公司,制作视频的软件哪个好用在蛋白质设计领域#xff0c;我们不仅关心如何“创造”一个新的蛋白质结构或相互作用界面#xff0c;更关心我们的设计在真实的、动态的、水环境下的表现如何。一个在静态结构上看似完美的设计#xff0c;可能在生理环境中因动态柔性、溶剂效应或熵变等因素而失去预期功能。…在蛋白质设计领域我们不仅关心如何“创造”一个新的蛋白质结构或相互作用界面更关心我们的设计在真实的、动态的、水环境下的表现如何。一个在静态结构上看似完美的设计可能在生理环境中因动态柔性、溶剂效应或熵变等因素而失去预期功能。这时分子动力学模拟便成为连接“静态设计蓝图”与“动态功能实景”不可或缺的桥梁。然而针对“小分子-蛋白质复合物”这一高频应用场景网络上相关的模拟教程往往步骤割裂、版本混杂让初学者尤其是专注于蛋白质设计的研究者在实践时屡屡受挫难以将模拟真正转化为设计迭代的有效工具。在历经诸多“段错误”与未收敛的警告后我也终于梳理出一条清晰、可复现的路径。今天我很荣幸能将这份融合了多篇专家文献精髓与亲身实战经验的完整操作指南分享给蛋白质设计社区的各位同仁。本指南旨在将分子动力学模拟流程标准化帮助设计者系统性地评估设计蛋白与配体结合的动态稳定性RMSD, RMSF。关键相互作用网络如氢键在模拟中的持续性。结合口袋在溶剂环境下的构象变化与柔性。希望它能为大家优化结合亲和力、验证突变效果、理解构效关系提供一套可靠的计算显微镜。首要的感谢必须献给sobereva老师卢天。他创建的Multiwfn、Sobtop等强大工具以及二十年来在计算化学领域海量、无私的答疑解惑为我们所有后来者照亮了前路。这份指南中关键的电荷计算与拓扑生成步骤便深深依赖于他的工作。同样诚挚的感谢给予Computational Chemistry Commune论坛的lijilo作者其详实的GROMACS操作帖是本文重要的学习蓝本。http://bbs.keinsci.com/thread-45791-1-1.html我坚信开源、共享与规范的传承是科学进步的基石。因此在使用本指南涉及的软件与方法时请务必遵守学术规范正确引用相关作者的工作文中已用红色高亮标出。任何无视此提醒的行为皆是对无数先行者心血的不尊重也将损害整个社区的健康生态。道阻且长行则将至。愿这份指南能助各位在蛋白质设计的动态世界中更从容地验证、优化与创造。由于个人编写其中难免笔误还请不吝赐教还望海涵。需要提前安装的软件1.Gromacshttps://manual.gromacs.org/2.Multiwfnhttp://sobereva.com/multiwfn/最近好像崩溃了可以过几天再下载3.sobtophttp://sobereva.com/soft/Sobtop/4.VMDhttps://www.ks.uiuc.edu/Development/Download/download.cgi?PackageNameVMD5.Pymolhttps://pymol.org/6.Gaussian正版需付费自行寻找方法下载目录1.分子对接可选2 使用multiwfn和Gaussian为小分子设置原子电荷3.为小分子生成top文件和gro文件4.产生蛋白质的拓扑文件5 合并gro文件另存为complex.gro文件6 生成小分子限制势7 编辑top文件8 设定盒子加水加离子能量极小化9 进行NVT平衡10 进行NPT平衡11 产生索引文件12 进行分子动力学13 计算分子动力学结果参数14 生成分子动力学模拟pdb文件1.分子对接可选1.1 将蛋白与小分子放入cbdock2http://183.56.231.194:8001/cb-dock2/index.php中进行分子对接。1.2 下载结合位点合适的小分子-蛋白复合物 。1.3 使用pymol打开protein_ligand_out_5.-8.8.complex.pdb删除小分子。1.4 打开顶部下拉菜单选择“File Export Molecule...”。1.5 保存为protein.pdb。1.6 再次使用pymol打开protein_ligand_out_5.-8.8.complex.pdb在pymol中删除蛋白。1.7 小分子加氢1.8 另存小分子为mol.mol2。1.9 创建一个工作文件夹如work2将protein.pdbmol.mol2复制到文件夹。注如果使用cbdock2请引用以下文章Yang Liu, et al, CB-Dock2: improved protein-ligand blind docking by integrating cavity detection, docking and homologous template fitting. Nucleic Acids Research, 2022. Xiaocong Yang, et al, FitDock: protein-ligand docking by template fitting. Briefings In Bioinformatics, 2022.不然后果自负2 使用multiwfn和Gaussian为小分子设置原子电荷2.1 将multiwfn的Multiwfn_3.8_dev_bin_Linux/examples/RESP/RESP2.sh文件复制到工作文件夹。chmod _x ./RESP2.sh ./RESP2.sh mol.mol2注1RESP2中默认用的是Gaussian的g09版本如果安装的是g16版本请打开RESP2.sh文件将此处g09改为g16。注2默认运行较慢可以在RESP2.sh的#Optimize geometry的$chkgau.chk后加上使用内存和核心数一般内存使用当前可用内存的2/3线程则使用全部当前可用线程。添加内容如下其中%mem是内存最高运行用量%nprocs是运行所用线程数一般可以使用全部线程。%mem4GB %nprocs12ps此步运行时间较长作者运行了约30分钟如果运行失败可检查小分子是否加氢见1.10步2.2 运行结束后会生成3个chg文件注如果使用multiwfn请引用以下文章Tian Lu*, Feiwu Chen, Multiwfn: A multifunctional wavefunction analyzer, J. Comput. Chem., 33, 580-592 (2012)Tian Lu, A comprehensive electron wavefunction analysis toolbox for chemists, Multiwfn, J. Chem. Phys., 161, 082503 (2024)不然后果自负3.为小分子生成top文件和gro文件3.1 进入事先下载解压完毕的sobtop文件夹下cd xxx/xxx/xxx/sobtop_1.0(dev5)3.2 将文件夹下所有文件变为可执行文件chmod x *3.3 运行sobtop./sobtop3.4 输入小分子文件xxx/xxx/xxx/work2/mol.mol23.5 生成小分子top文件和gro文件//选择7分配原子电荷//选择10读取multiwfn文件输出文件//输入mol.chg文件所在位置//选择0返回//选择1生成top文件//选择3尽可能使用GAFF力场//选择0进入下一步//选择4如果可能预先构建成键参数任意猜测缺少的选项//回车生成的top文件生成在sobtop软件根目录下//回车生成的itp位置限制文件在sobtop软件根目录下//选择2生成gro文件//回车生成的gro文件在sobtop软件根目录下//回车退出sobtop软件3.6 复制sobtop文件夹下的mol.top文件mol.tip文件mol.fro文件到w注如果使用Sobtop请引用以下文章Tian Lu, Sobtop, Version [当前版本], http://sobereva.com/soft/Sobtop (accessed on 日 月 年)Sobtop在进一步完善后会写详细的手册并发布正式版然后专门写成介绍paper发在学术期刊上届时请引用期刊上的文章。不然后果自负4.产生蛋白质的拓扑文件注回到工作文件夹我的是work2下4.1 使用pdb2gmx产生蛋白质的top文件gmx pdb2gmx -f protein.pdb -o protein.gro -p topol.top4.2 输入AMBER99SB-ILDN protein对应的数字回车。4.3 输入TIP3P对应的数字回车。4.4 这一步最终生成三个文件如果有多条链会生成多个文件或5 合并gro文件另存为complex.gro文件5.1 复制protein.gro为complex.grocp protein.gro complex.gro5.2 将mol.gro的文件全部内容复制到complex.gro最后一行5.3 删除掉多余内容删除掉这些不要有多余空行mol 44这一步不知道是否正确但不删掉有时会报错5.4 将9.50704 8.78086 7.86566移至最后5.5 将complex.gro第二行数值改为原数值加上mol.gro中第二行数值。1289844129426 生成小分子限制势6.1 蛋白质的限制势itp文件在pdb2gmx的时候已经产生但小分子的没有genrestr是对输入的结构产生坐标或距离限制势itp文件的工具接下来运行命令进行限制势的产生gmx genrestr -f mol.gro -o posre_mol.itp6.2 选择组的时候选择0system默认的位置限制势常数是1000kJ/mol/nm2已经足够大结果产生posre_mol.itp6.3将下列语句插入到mol.itp文件的末尾注意复制时连“#”号一同复制最好在末尾添加之前空一行方便检查文件错误。#ifdef POSRES #include posre_mol.itp #endif添加后6.4 保存关闭7 编辑top文件7.1 打开topol.top文件7.2 在文件首添加#include mol.itp#include mol.itp7.3在文件尾红框处添加mol 1其实一个空格就可以如果有强迫症可以把1调整到上面一样的位置7.4 保存关闭8 设定盒子加水加离子能量极小化8.1 设定的盒子是立方盒子可能会增加计算量但是不容易产生边界相互作用的问题gmx editconf -f complex.gro -o complex_box.gro -d 0.8 -bt cubic8.2 注意这一步加水后有可能topol.top文件最后一行的SOL可能会串行需要手动添加回车避免其与mol 1连在同一行容易在后续处理中报错gmx solvate -cp complex_box.gro -o complex_SOL.gro -p topol.top8.3 将mdp模板中的em.mdp,pr.mdp,md.mdp拷贝到当前目录产生临时tpr文件gmx grompp -f em.mdp -c complex_SOL.gro -p topol.top -o em.tpr -maxwarn 108.4 加离子使得整个体系变为电中性这里选择分组时选择SOL对应的分组gmx genion -s em.tpr -p topol.top -o system.gro -neutral -maxwarn 10选择熔剂即SOL对应的group数字输入后回车。8.5 能量极小化gmx grompp -f em.mdp -c system.gro -p topol.top -o em.tpr -maxwarn 10 gmx mdrun -v -deffnm em有些时候会出现不平衡的警告可以尝试使用em_conservative.mdp,该mpd文件步长更短耗时更长但更不容易崩溃9 进行NVT平衡带位置约束创建NVT平衡输入文件# 生成tpr文件 gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -r em.gro -p topol.top -o nvt.tpr # 运行NVT平衡 gmx mdrun -v -deffnm nvt -nt 20笔者的电脑运行大约需要15分钟10 进行NPT平衡带位置约束# 生成tpr文件 gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -r nvt.gro -p topol.top -o npt.tpr # 运行NPT平衡 gmx mdrun -v -deffnm npt -nt 20笔者的电脑运行大约需要15分钟11 产生索引文件11.1产生索引文件gmx make_ndx -f npt.gro11.2 将蛋白、配体、离子定义为新组输入蛋白、配体、离子前的数字用“|”间隔开即1|13|18回车。由于配体、离子与蛋白的相互作用较为明显所以这里任务之中将他们一起作为一个控温组和同一个消除屏东转动的组11.3 命名为protein_lig输入name 20 protein_lig回车注意这里的20是指191,请根据自己的情况填写11.4 将剩余的部分定义为新组!2011.5 命名为envir输入name 21 envir回车注意这里的21是指1911,请根据自己的情况填写。11.6 退出后记输入q回车。12 进行分子动力学12.1 生成md.tpr文件。如果这里警告多可以将maxwarn后的数值改大一些注如果需要更改跑动力学的时间需要修改md.mdp文件默认为1ns如果要跑100ns在nsteps 后加两个0即可。gmx grompp -f md.mdp -c pr.gro -p topol.top -o md.tpr -n index.ndx -maxwarn 1012.2 运行gmx mdrun -v -deffnm md13 计算分子动力学结果参数13.1分析RMSD两次都选蛋白部分Protein注意观测在模拟过程中骨架的RMSD波动是否较大,计算蛋白质的RMSD值。gmx rms -f md.xtc -s md.tpr -o rmsd_protein.xvg -n index.ndx13.2 分析RMSD第一次选择蛋白部分Protein第二次选择配体MOL可以消除蛋白质整体的运动观察小分子配体相对于蛋白质的运动。gmx rms -s md.tpr -f md.xtc -o rmsd_complex.xvg -n index.ndx13.3 计算RMSF选择蛋白部分Protein。gmx rmsf -s md.tpr -f md.xtc -res -n index.ndx -o rmsf_protein.xvg13.4 计算蛋白的回旋半径Radius of Gyration选择蛋白质的骨架Backbone。gmx gyrate -s md.tpr -f md.xtc -o gyrate.xvg13.5 计算溶剂可及表面积SASA选择蛋白部分Protein。gmx sasa -s md.tpr -f md.xtc -o sasa.xvg -tu ns13.6 计算氢键数量依次选择蛋白部分Protein和配体部分MOL。gmx hbond -s md.tpr -f md.xtc -n index.ndx -num hbond.xvg -tu ns14 生成分子动力学模拟pdb文件选择蛋白protein和非水分子non-waterpymol movie_noWater.pdb后记蛋白不同小分子不同会遇到很多bug如果想完全学会用Gromacs进行分子动力学模拟仍需翻阅论坛及各种学习网站灵活处理警告与报错学习之路道阻且长啊参数可视化还有很多内容最近事务繁忙后面有机会在更新吧Reference分子动力学模拟过程参考pr.mdp md.mdp em.mdp文件参考http://bbs.keinsci.com/thread-45791-1-1.htmlnvt.mdp mpt.mdp文件参考https://www.cnblogs.com/w-guangyu/p/7788651.htmlhttps://www.cnblogs.com/w-guangyu/p/7788246.html本文所用mdp文件通过百度网盘分享链接: https://pan.baidu.com/s/1fdl73CwmkbxNWqrOfJhYzw?pwdyej4 提取码: yej4配置参考操作系统Ubuntu 24.04.3 LTS硬件信息i5-14600kf, rtx5060ti 16G蛋白设计交流QQ群438723520QQ群今后仅分享文献资料模型文件请通过百度网盘获取作者bioinforiver2025年12月21日本内容仅供学习交流未经许可不许转载。 本人系原作者原文见mp.weixin.qq.com/s/woJjm-sn4SitO302-TdwRQ