Amber软件中动力学模拟的步骤.docx

Molecular Dynamics simulation——从能量最小化到实际模拟1 基本流程图1）概述前面我们已经得到了Amber用来动力学模拟的prmtop和inpcrd文件，它们分别是参数文件和坐标文件。我们先从一条命令说起来解释Amber是如何做动力学模拟的：sander –O –i mdin –o mdout –p prmtop –c inpcrd –r rst –x mdcrd动力学过程是一个连续地解牛顿运动方程的过程：上一个牛顿方程结束时，蛋白质中各原子的位置和速度保留给下一个牛顿方程，惟一改变的是原子的加速度，它会根据各种势能函数重新计算（势能随原子坐标改变：E=f（r,…））。只不过每个牛顿方程的时间很短，短到fs（10-15s）级，Amber软件提供的sander主程序可以用来自动地做这样的数值计算。它需要参数文件（prmtop）、坐标文件（inpcrd）、sander程序配置文件（mdin）来启动运行，我们已经有了前两种文件，本节内容最主要的就是讲解如何配置我们需要的动力学模拟。sander程序运行过程中会输出临时文件（rst）保存坐标和速度，还有轨迹文件（mdcrd）。2）动力学过程从基本流程图可以知道，一般的动力学过程也就可以分为三步：能量最小化（minimization）、体系平衡（equilibrium）、实际动力学模拟。由于我们进行的初始结构来自晶体结构或同源建模，所以在分子内部存在着一定的结构张力，能量最小化就是真正的动力学之前释放这些张力，如果没有这个步骤，在动力学模拟开始之后，整个体系可能会因此变形、散架。另外，由于动力学模拟的是真实的生物体环境，因此必须使研究对象升温升压到临界值，体系达到平衡，才能做实际的动力学模拟。2 各流程输入文件要通过Amber软件做动力学模拟，需要明白如何去配置上述过程中的每一步。一般来说就是指定一些键/值对。1）Minimization 第一行是标题，cntrl是起始符，”/”是结束符，中间的键/值对就是参数配置。上述的参数配置可以归纳如下：imin=1Choose a minimization run，指定做能量最小化的动力学。ntx=1Read coordinates but not velocities from ASCII formatted inpcrd?coordinate filentx指定如何获得坐标信息，这里直接从inpcrd中读取坐标信息。maxcyc=2000Maximum minimization cycles能量最小化的算法涉及循环迭代，这里指定迭代次数。ncyc=1000The steepest descent algorithm for the first 0-ncyc?cycles, then switches the conjugate gradient algorithm for?ncyc-maxcyc cycles如上所说，循环迭代的算法不同，此处指定到哪一步第一种迭代算法结束。ntpr=100Print to the Amber?mdout?output file every?ntpr?cycles这个表明采集计算信息的频率，输出到mdout文件中。cut=8.0Nonbonded cutoff distance in Angstroms由于计算能量时需要有一个截断距离，这个参数指定截断距离。其余两个参数都是能量最小化时不可用的参数，下面会具体说明。2）Heating（Equilibrium step1）上述的参数配置可以归纳如下：imin=0Choose a molecular dynamics (MD) run [no minimization]开始做动力学，而不是能量最小化。nstlim=10000Number of MD steps in run (nstlim * dt = run length in ps)动力学过程的步长，前面说过动力学的原理，它是连续地解牛顿运动方程。动力学的时长会等于步长（nstlim）乘以每一步的时间间隔（如下，dt）。dt=0.002Time step in picoseconds (ps). The time length of each MD step每一步的时间间隔，单位是ps。ntf=2Setting to not calculate force for SHAKE constrained bondsntc=2Enable SHAKE to constrain all bonds involving hydrogen以上两个参数针对氢原子做shake限制，主要由于氢原子的振动频率过高，氢原子的运动还存在量子效应。tempi=0.0Initial thermostat tem