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Amber软件中动力学模拟的步骤
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
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