GROMACS进行分子构象搜索

采用GROMACS进行单一分子构象搜索。

注意:以下方法是使用相应力场参数在真空中对indolactam-V进行模拟,目的不是精确的模拟,而是为了展示大体流程。

软件准备

  • Windows 7系统
  • GROMACS 2018.8 Win版本
  • Ambertools16 Win版本
  • Avogadro
  • acpype.exe Win版本

构建小分子indolactam-V

方法有很多,这里直接从ChemSpider下载.mol结构文件,然后通过Avogadro软件直接产生三维.mol2格式的文件。

准备小分子拓扑文件

方法也有很多,这里简单的使用ambertoolsacpype去产生用于GROMACS模拟的拓扑文件。这里用的是bcc原子电荷,你也可以通过量化软件进行计算拟合得到RESP电荷。该步骤涉及到的命令如下:

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antechamber -fi mol2 -fo prepi -i ILV.mol2 -o ILV.prep -c bcc -at gaff2 -rn ILV
parmchk2 -i ILV.prep -o ILV.frcmod -f prepi -s gaff2
sleap -f tleap.in

其中,tleap.in文件内容为:

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source leaprc.gaff2
source leaprc.ff14SB
loadamberprep ILV.prep
loadamberparams ILV.frcmod
mol = loadpdb NEWPDB.PDB
saveamberparm mol ILV.prmtop ILV.inpcrd
quit

运行成功以后会得到ILV.prmtopILV.inpcrd参数文件。
最后,通过acpype -p ILV.prmtop -x ILV.inpcrd得到适用于GROMACS的拓扑文件和坐标gro。

模拟退火分子动力学

首先调整gro文件盒子大小:

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gmx editconf -f ILV_GMX.gro -bt cubic -d 1 -o box.gro

然后进行EM,运行真空下的模拟:

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gmx grompp -f md.mdp -c em.gro -p ILV_GMX.top -o md.tpr

其中,md.mdp文件内容为:

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title       = ILV simulated annealing in vacuo
;=======================================================================
integrator = md ; leap-frog integrator
nsteps = 5000000 ; 1 * 5000000 = 5000 ps;
dt = 0.001 ; 1 fs

;=======================================================================
nstxout = 100 ; save coordinates every 0.2 ps
nstvout = 100 ; save velocities every 0.2 ps
nstenergy = 100 ; save energies every 0.2 ps
nstlog = 100 ; update log file every 0.2 ps

;======================================================================
continuation = no ; first dynamics run
constraint_algorithm = lincs ; holonomic constraints
constraints = h-bonds ;
comm_mode = angular
lincs_iter = 1 ; accuracy of LINCS
lincs_order = 4 ; also related to accuracy
lincs-warnangle = 90

;=======================================================================
cutoff-scheme = group
nstlist = 0
ns_type = simple ; check every atom in the box
pbc = no
rlist = 0 ; Cut-off distance for the short-range neighbor list
rcoulomb = 0 ; short-range electrostatic cutoff (in nm)
rvdw = 0 ; short-range van der Waals cutoff (in nm)

;=======================================================================
tcoupl = V-rescale ; modified Berendsen thermostat
tc-grps = Other ; two coupling groups - more accurate
tau_t = 0.1 ; time constant, in ps
ref_t = 300 ; reference temperature, one for each group, in K

;=======================================================================
annealing = periodic
annealing_npoints = 6
annealing_time = 0 1 2 3 4 5
annealing_temp = 1500 1500 1500 100 0 0

;END

结果分析

有了动力学轨迹文件,然后就需要进行聚类分析,这里我直接采用gmx cluster命令进行简要的分析。得到具有代表性的结构。这里主要有两类构象,如下图圈中标注:

与NMR结果一致。