分子动力学（八） - 四川魔德科技有限公司

分子动力学（八）

分子动力学模拟的主要步骤

4 分子动力学模拟

MD模拟同样分为两步：第一步进行0.5 ns约束溶质的MD模拟，约束力常数为41.8 kJ·mol^-1·nm^-2，期间温度从0 K逐步升高至300 K；第二步为5 ns的无约束恒温MD模拟。整个模拟过程使用VMD图像显示软件实时跟踪体系构象。采用SHAKE算法约束键长，MD模拟的积分步长设为0.002 ps，非键相互作用截断半径设为1.0 nm，每隔0.001 ns采集1次构象，一共采集5500个构象。具体的操作为：

输入命令：$ sander –O –i md1.in –o md1.out –p ../complex_wat.prmtop –c ../min/complex_min2.rst –r complex_md1.rst –x complex_md1.mdrcd –ref ../min/complex_min2.rst –inf md1.info（-x表示输出的轨迹）进行约束MD模拟。图1给出了md1.in文件的内容。图中，第一行为注释语句；&cntrl为模拟参数起始标识；imin=0表示此任务为MD模拟；irest=0表示开始做MD模拟；ntx=1表示读取初始坐标、速度及盒子信息，其中1表示这是第一次MD模拟，无初始速度，随机产生；ntb=1表示恒容周期性边界条件；cut=10表示非键相互作用键长为1.2 nm；ntr=1表示约束一些原子；ntc=2、ntf=2表示忽略氢键；tempi=0.0表示系统开始的温度；temp0=300.0表示系统达到并保持的温度，单位为K；ntt=3表示采用Langevin动力学温度转变控制法；gamma_ln=1.0表示温度偶联因子为1.0；nstlim=250000表示计算的步数；dt=0.002表示积分步长，单位为ps；ntpr=500表示每隔500步打印一次能量；ntwx=500表示每隔500步打印一次轨迹；ntwr=500表示每隔500步打印一次restrt文件。Hold the ligand fixed为约束说明；10.0为约束力常数，单位为kcal·mol^-1（此处约束力远远小于之前能量优化的约束力，因为太大的约束力会使系统中的原子产生大频率的震动，使系统不稳定。）；RES 1 302表示约束残基范围；END END为结尾标识。

图1 文件md1.in的内容

完成约束MD模拟后，输入命令：$ sander –O –i md2.in –o md2.out –p ../complex_wat.prmtop –c complex_md1.rst –r complex_md2.rst –x complex_md2.mdcrd –inf md2.info，进行去约束的MD模拟。图2给出了md2.in的内容。

图2 文件md2.in的内容

文件md2.in中的内容与md1.in中的内容大致一样。不同之处如下：irest=1表示接着前面的轨迹做MD模拟；ntx=7表示读取初始坐标、速度和盒子信息，其中7表示接着之前的MD模拟继续；ntb=2表示恒压周期性边界条件；pres0=1.0表示参考压强为1.0个标准大气压；ntp=1表示各向同性恒压；taup=2.0表示压力驰豫时间；ntr=0表示体系无约束；tempi=300.0、temp0=300.0表示系统恒温在300.0 K。因为AMBER对*.mdcrd轨迹文件限制在2 GB以内，所以不能将所有的模拟时长编入md2.in文件中。此处仅模拟1 ns。

完成上述1 ns的去约束MD模拟后，继续输入命令，再次进行1 ns的去约束MD模拟直至完成最初设定的总共5 ns的去约束MD模拟。完成模拟后，得到complex_md1.mdcrd、complex_md2.mdcrd、…、complex_md6.mdcrd共6个文件。

5 模拟结果分析

MD模拟结束后，依据得到的轨迹文件和拓扑文件可进行众多分析。常规的结果分析有：（1）轨迹连接及去掉溶剂；（2）体系势能随时间的变化；（3）体系RMSD随时间的变化；（4）体系RMSF的计算；（5）体系中某个核心距离随时间的变化等。

一、轨迹文件的拼合及去水处理

在MD的结果分析中，若不需要考虑溶剂效应，可以将水分子去除，以节省硬盘占用空间，节约分析时间。由于AMBER限制每次的MD模拟得到的*.mdcrd轨迹文件大小不能超过2 GB，在进行长时模拟时，只能将其拆分成多个轨迹文件。在进行分析时，可以将多个轨迹文件合并成一个轨迹文件。具体的操作为：

输入命令：$ ptraj ../complex_wat.prmtop < ptrajin进行轨迹合并。ptraj是AMBER的分析程序，需要complex_wat.prmtop和ptrajin作为输入文件。图3给出了ptrajin的内容。图中trajin表示输入轨迹；trajout表示输出轨迹；center表示将选择的残基置于盒子中心；image familiar表示使用周期性边界条件，启动盒子镜像；strip表示去掉轨迹中的残基，如水分子（WAT）。