APBS教程 - 图文

目录

1. 怎样阅读教程

2. 怎样准备结构来进行静电势计算

2.1PQR格式 2.2XML格式

2.3由PDB文件生成PQR文件（PDB2PQR） 3.怎样观察生物大分子周围的静电势 3.1VMD 3.2PyMOL 3.3PMV

4.怎样计算溶剂化能

4.1极性溶剂化 4.2非极性溶剂化

5.怎样计算结合能

5.1溶剂化能对结合的贡献

５.2包括库仑力贡献

5.3不行!配体没有设置参数

5.4一个配体结合的例子 ６.怎样计算溶剂化力 7.怎样计算PKa?

7.1概况 7.2介绍

7.3应用于溶菌酶

8.我的计算需要的内存太大了!

8.1并行计算:一个例子 8.2异步时序计算

9.如何将APBS用于分子动力学软件(MM/PBSA等)? 10.怎样通过网络运行APBS?(Gemstone)

10.1得到Gemstone

10.2用PDB2PQR来准备结构 10.3用APBS进行静电计算

11.更多例子??

12.所有这些没有回答我的问题-??

图像清单

3.1 .弓形阻遏物的等势线(在VMD中) 3.2.弓形阻遏物表面势能(在VMD中) 3.3.FAS2静电势能等势线(+/- KT/e)(在PyMOL中) 3.4.FAS2静电表面势能(+/- 5KT/e)(在PyMOL中) 3.5.全溶剂化能循环 5.1. 结合自由能循环

7.1. pKa 摄动自由能循环原理图 7.2. HEWL活性位点

8.1.并行计算得到的肌动蛋白二聚体等势线 10.1. Gemstone PDB2PQR 计算

10.2. Gemstone APBS/Calculation 屏幕 10.3. Gemstone APBS/Grid屏幕 10.4. Gemstone APBS/Physics屏幕 10.5. Gemstone APBS/File I/O屏幕

10.6. Gemstone APBS/Calculation屏幕(运行完成) 表格清单

7.1. 常见可滴定基团的模型氨基酸 pKa 值; 数据来自 Nielsen et al (见注脚) List of Examples 4.1. 玻恩离子PQR 4.2.玻恩输入文件示例 方程式清单

4.1. 玻恩离子极性溶剂化能 5.1. 结合自由能方程

5.2. 溶剂化对结合自由能的贡献 5.3. 库仑力对结合自由能的贡献 5.4. 结合自由能 7.1. 酸解离自由能 7.2. 迁移自由能

Chapter 1.怎样阅读教程

这本教程是以\怎样做\的形式设计的,使读者能熟悉使用APBS进行静电计算。读者需要最新版本的APBS((http://apbs.sf.net)来演示本教程中提供的实例。需要的其他文件列在Individual section里。

重要信息

注意本教程中的许多实例操作也可以通过网络Gemstone 实现，而不需要在本地装载APBS 软件。更多信息见Chapter 10, 怎样通过网络运行 APBS ? (Gemstone) 。

提示

本教程仍在完善之中，并且会在下一版本的APBS 开发出之前完成。未完成部分涵盖的许多课题在APBS 实例目录中有所展示。

3. Chapter 2. 怎样准备结构来进行静电势计算 目录

2.1PQR格式 2.2XML格式

2.3由PDB文件生成PQR文件（PDB2PQR）

为了对你关注的生物大分子结构进行静电计算，你需要向APBS提供原子所带电荷和原子半径等信息。电荷用来为泊松-波尔兹曼（PB）方程提供生物分子电荷分布， 半径则是用来构建电介质和离子可及度函数。电荷和半径信息可由多种不同的文件格式提供给APBS ，下面对此进行详细阐述。 2.1. PQR 格式

PQR 格式提供了一个添加参数信息的简单方式 ：将PDB 格式结构文件中的occupancy 和 temperature 栏代替以电荷(\和半径(\信息。然而，这种格式的简单性也限制了它的可扩展性：如果不借助使用其它软件如PDB2PQR，向一般的格式中添加新的原子形式和参数是非常困难的。下面介绍的XML 参数格式要容易修改的多。 2.2. XML 格式

XML格式 提供了一个添加参数信息的复杂格式，但同时也在格式化、可扩展和其它修改方面具有更大空间。正如在PQR格式中，原子坐标被补充以电荷和半径信息。完整的格式说明请见the APBS user guide。

2.3. 由PDB文件生成PQR文件（PDB2PQR）

注意

本教程适于运用 PDB2PQR 1.2.1

PDB2PQR 网络服务和软件可将绝大多数PDB文件转换成PQR格式，同时生成一些“警告”信息，特别是不能对大量缺失原子的坐标进行“修复”。虽然PDB2PQR 能修复某些侧链中缺失的重原子，但目前它不能模建大范围缺失的骨架和侧链坐标。

PDB2PQR 也可进行氢键优化，侧链旋转异构体搜索，附加限定的滴定状态，设定配体参数和准备APBS输入文件等。详细内容见 http://pdb2pqr.sf.net/ 。

前面提到了，PDB2PQR 在PDB2PQR 主页 中进行了详细讨论。因此，我们这里的简略地回顾由PDB文件生成PQR文件的所需步骤。首先，从://pdb2pqr.sf.net/#availability选择一个服务器。

2.3.1.选择要转化的PDB文件

输入四个字符的PDB ID或编号（如1FAS, 1MAH, 1LYS等）或者是上传自己的PDB文件均可。

注意

如果你选择输入四个字符的PDB文件，PDB2PQR 将对所有PDB文件中的链进行转换，

因为它结晶于PDB中（比如，对所有相关的进行转换而不仅是不是生物单元）。 2.3.2. 选择力场

大多数情况下，这个选择是简单的：PARSE。该力场经过了优化适用于隐式溶剂计算，而且

可能是蛋白质静电势能和许多一般形式的能量计算可视化处理的最佳选择 。然而，AMBER和CHARMM 在某些情况下更合适，比如想与用这些力场进行的模拟做比较，需要有核酸的力场，想利用这些力场对配体进行参数化等。

上传自定义力场也是可行的（比如，对配体或不常见残基进行半径和电荷定义）。详细信息见PDB2PQR 文件。 2.3.3输出命名配置

这与静电计算基本不相关，但对可视化至关重要。在不确定时， 选择\scheme\，使得与IUPAC 标准一致。 2.3.4. 其它选择

这些选择可分为两类：怎样在结构上构建缺失原子（包括氢原子）和附加输出配置。详细信息见http://pdb2pqr.sf.net/。

Chapter 3. 怎样观察生物大分子周围的静电势 目录 3.1. VMD 3.2. PyMOL 3.3. PMV

有许多极好的分子可视化软件可用来观察生物分子的静电性质。由于这样的程序太多，我们将集中精力于三个我们熟悉的软件包。 3.1. VMD

VMD 分子可视化软件包提供了运行APBS计算和对得到的静电势能结果进行可视化处理的支持。VMD开发者提供的与APBS对接的文件见

http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/plugins/apbsrun/。作为补充，我们将展示怎样在VMD中利用APBS从PDB文件得到结构和势能图。

注意

本教程基于VMD1.85

3.1.1. 生成PQR

我们以弓形阻遏物（PDB ID 1MYK）为例，它是一个DNA结合蛋白。可视化过程的第一步是为VMD和APBS生成PQR文件。请参见Section 2.3, “由PDB文件生成PQR文件（PDB2PQR）来生成PQR文件。 3.1.2. 载入PQR

在VMD中载入刚生成的PQR文件 (在VMD 主窗口中选择File → New molecule...)。调整分子，使其以你所希望的方式显示。根据你在PDB2PQR 中运用的力场不同，你可能会在VMD中看到一些奇怪的成键。当PQR文件载入VMD时，键的长度是由PQR半径推得的。这些半径与连续静电计算有关，而与可视化无关。不必担心会出现一些奇怪的成键（可隐藏氢原子已达到更好的视觉效果）。 3.1.3. 运行静电计算

现在已经为静电计算做好了准备

1. 在VMD主窗口中选择 Extensions → Analysis → APBS electrostatics。此时弹出一个

APBS工具窗口。

2. 在APBS 工具窗口中选择 Edit → Settings... 改变路径至APBS程序所在路径。点击

OK关闭此窗口。

3. 从\窗口选择\。单击Edit按钮。按需要

的方式调整APBS 设置。默认设置一般是可行的，然而修改ions 来调整计算时的离子强度也是有用的。完成后单击OK。 4. 现在已经准备好了运行计算。在APBS工具窗口中单击Run APBS。打开VMD Console

窗口察看运行计算时返回的信息。计算完成后会出现一个\Maps\窗口。选择 \然后单击OK。 3.1.4. 静电可视化 3.1.4.1. 等势线可视化

最常用的可视化方法之一就是绘制等势线。

1. 2. 3. 4. 5. 6.

首先，在VMD主窗口中选择Graphics → Representations... 。

单击 Create Rep 按钮，创建新的图层，改变Drawing Method 至 \。 将Draw由 \改至 \， Material 改至\。 注意现在isovalue值是 0；根据个人使用偏好，改变它至1（或5、10等）。 若沿用静电势能着色的标准离子传统，在 Coloring Method中选择\。 对于负值等势线，单击 \，选择新创建的图层。改变 isocontour 值至-1 (或 5、 10...) ， ColorID 改至 1。

这时，你得到的图像将类似下图（注意，为使得图像更加清晰我们将Drawing Method由表面改为点状。）：

Figure 3.1. Arc repressor isocontours in VMD

3.1.4.2. 表面势能可视化

静电势能可视化的另一个常用方式是将静电势能map到生物分子的表面。开始之前，在Graphical Representations 窗口中用Delete Rep 来删除刚才创建的两个等势线图层。

1. 在Graphical Representations 窗口(从VMD主窗口中选择Graphics →

Representations...)中使用Create Rep按钮创建新的图层。

2. 在\标签下改变绘图方式至\[2] ，着色方式改至\。 3. 在\标签下改变\至-10 to 10（或其它偏好的值）。 4. 基于你所使用的VMD版本和个人偏好，你可能想改变图像的颜色标度 。在VMD

主窗口中选择 Graphics → Colors...，然后在弹出的颜色控制窗口中选择\标签。传统的静电着色设置是\（在Method 菜单中）。

现在，你的分子看起来应该如下图所示：

Figure 3.2. Arc repressor surface potential in VMD

3.2. PyMOL

PyMOL分子可视化软件包提供了运行APBS计算和对得到的静电势能结果进行可视化处理的支持。我们将对怎样在PyMOL 中利用APBS由PDB文件得到结构和势能图作基本描述。

注意

本教程基于PyMOLX11Hybrid 0.99 。

3.2.1. 生成PQR文件

我们将以fasciculin-2 （PDB ID 1FAS)为例，它是一种能结合到带负电的乙酰胆碱酯酶上的蛇神经毒素。请参见Section 2.3, “由PDB文件生成PQR文件（PDB2PQR）来生成PQR文件。 在PyMOL 中载入生成的PQR文件 (File → Open...) ，选择你喜欢的显示方式。 3.2.2.进行静电计算

点击Plugin → APBS Tools... 打开APBS计算插件。

1. 在APBS Tools 窗口“Main ”标签下， 选择Use another PQR ，然后搜索所需PQR

文件(通过Choose Externally Generated PQR: 按钮)或直接输入PQR文件的路径 。这一步是必须的，它保证了你使用的是PDB2PQR 所赋予的半径和电荷。

2. 在APBS Tools 窗口\标签下，搜索至APBS程序(通过APBS binary

location: :按钮) 或直接输入其路径。对大多数生物分子来说APBS psize.py binary 项不需设置。

3. 在APBS Tools 窗口\标签下，设置在计算过程中生成的各种

文件的路径。如果你想保留生成的文件以待后用，这一步是十分必要的。

4. 在APBS Tools 窗口\标签下，, 单击Set grid 来进行空间格点设置。默

认设置对除高度荷电的分子外一般都是适用的。

5. 在APBS Tools 窗口\标签下，设置其余的参数，默认值通常是可行的。 6. 在APBS Tools 窗口\标签下，单击Run APBS 按钮开启APBS计算。根

据计算机运算速度，计算可能需要几分钟时间。计算结束后Run APBS按钮会灰化。

3.2.3. 静电势能可视化

在进行下面的操作之前，你需要将静电势能数据载入PyMOL 。在APBS Tools 窗口

\标签下，点击Update按钮。 3.2.3.1. 静电势能等势线

PyMOL可轻松进行此操作:调整正电和负电“等势”场至所需值(通常是 +/-1, +/-5, or +/-10 kT/e[4]) ，单击Positive Isosurface 、Negative Isosurface和 Show 按钮。 这时，你将得到如下所示图形：

Figure 3.3. +/- 1 kT/e electrostatic potential isocontours of FAS2 in PyMOL

3.2.3.2. 表面势能

如果没准备好，你可以通过点击Positive Isosurface 、Negative Isosurface 和Hide按钮来隐藏等势线。

表面势能也可直接看到。设置 \和\至所需值(通常是 +/-1, +/-5, or +/-10 kT/e) ，表面被设着色以红色（-）或蓝色（+）。检查\和 \on sol. acc. surf.\按钮来在溶剂可及(probe-inflated or Lee-Richards) 表面上绘制势能图[5]。单击 \显示按钮载入表面势能。

Figure 3.4. +/- 5 kT/e electrostatic surface potential of FAS2 in PyMOL

3.3. PMV

警告

[1]

正在创建 – 目前一些PQR结构和力场结合时表面被破坏。

应用 PARSE对可视化似乎是最好的选择。

[2]

FYI, 这会生成分子或Connolly 表面，而不是溶剂可及表面或Lee-Richards 表面。我个人喜欢这种可视化方式...

[3]

虽然我喜欢为+1 和 -1 ion species 选0.150浓度值，但静电性质并没有被过度夸大。 注意PyMOL 在contour 值上有一个小的单位错误。

[4]

[5]

在我看来，溶剂可及表面更能揭示表面势能的整体特征。更密实的表面(比如，van der Waals 和分子或Connolly 表面) 似乎是简单地将电子表面电荷map到分子表面。

Chapter 4. 怎样计算溶剂化能? 目录

4.1. 极性溶剂化 4.2. 非极性溶剂化

溶剂化能通常被分解成自由能循环，如图Figure 4.1, 全溶剂化能循环。 注意此类溶剂化能通常作用于固定构象； 由此，它们应确切地被称为“平均力的势能”。在下面的章节中会详细介绍怎样将APBS计算应用于这样的循环中的极性和非极性部分。

Figure 4.1. 全溶剂化能循环。这个循环将许多过程组合在一起得到溶剂化能(步骤 1)。步骤 2 表示溶剂中溶质的充电过程 (例如，非均匀介质，有离子存在)。步骤 3 表示引入相吸引溶质-溶剂的扩散作用(例如，在溶剂可及空间的Weeks-Chandler-Andersen 作用积分)。步骤 4 表示引入相排斥的溶质-溶剂相互作用(例如，孔道形成)。步骤 5和 6 基本是无用的，虽然它们可以用来补偿在步骤3和步骤4中加入的不想要的能量。最后，步骤6表示在无可移动离子真空或均一介质环境中溶质的充电过程。

4.1. 极性溶剂化

图Figure 4.1, “全溶剂化能循环”中的全自由能循环通常被分解成极性部分和非极性部分。极性部分通常以步骤2和步骤6中的充电能表示：

APBS静电计算返回的能量是充电自由能。因此，要得到极性部分对溶剂化自由能的贡献，我们仅需启动与图Figure 4.1, “全溶剂化能循环”中步骤2和步骤6相对应的两项计算即可。然而，APBS返回的充电自由能包括自身相互作用部分。即自身电荷分布相互作用产生的能量。这些自身作用能通常很大，且对离散化(格点分布，位置等)中出现的问题特别敏感。因

此，一定要在格点分布，长度，和中心相同的设置下进行这两项计算，以保证能精确地抵消自身作用能项。

玻恩离子是极性溶剂化的一个典型例子：非极性的球中间有一个电荷，电荷周围是水介质。 在不存在外部离子的情况下，该体系的极性溶剂化能由以下方程给出： 玻恩离子的极性溶剂化能”。

Equation 4.1. 玻恩离子的极性溶剂化能。 q 是离子电荷，a是离子半径，两个 epsilons 表示内部和外部(溶剂)介电常数。这个模型假定离子强度是0。

为使用APBS，我们可以为玻恩离子设置一个PQR文件。见 Example 4.1,玻恩离子 “PQR” ，可从这里下载。

Example 4.1. 玻恩离子 PQR

REMARK This is an ion with a 3 A radius and a +1 e charge

ATOM 1 I ION 1 0.000 0.000 0.000 1.00 3.00

我们关注在均一和非均一介电系数下进行两项APBS充电自由能计算。我们假定内部介电常数是1 (例如，真空) ，外部介电常数是78.54 (例如，水)。这样设置后，极性溶剂化能的表达式具有以下形式：

R表示半径，以埃为单位。Example 4.2, “玻恩例子输入文件示例” 是进行计算所需的一个可行APBS输入文件。可从这里下载。 Example 4.2. 波恩输入文件示例

# READ IN MOLECULES read

mol pqr born.pqr end

elec name solv # Electrostatics calculation on the solvated state mg-manual # Specify the mode for APBS to run

dime 97 97 97 # The grid dimensions nlev 4 # Multigrid level parameter grid 0.33 0.33 0.33 # Grid spacing gcent mol 1 # Center the grid on molecule 1 mol 1 # Perform the calculation on molecule 1 lpbe # Solve the linearized Poisson-Boltzmann equation bcfl mdh # Use all multipole moments when calculating the potential pdie 1.0 # Solute dielectric sdie 78.54 # Solvent dielectric chgm spl2 # Spline-based discretization of the delta functions srfm mol # Molecular surface definition srad 1.4 # Solvent probe radius (for molecular surface) swin 0.3 # Solvent surface spline window (not used here) sdens 10.0 # Sphere density for accessibility object temp 298.15 # Temperature calcenergy total # Calculate energies calcforce no # Do not calculate forces end

elec name ref # Calculate potential for reference (vacuum) state mg-manual dime 97 97 97 nlev 4 grid 0.33 0.33 0.33 gcent mol 1 mol 1 lpbe bcfl mdh pdie 1.0 sdie 1.0 chgm spl2 srfm mol srad 1.4 swin 0.3 sdens 10.0 temp 298.15 calcenergy total calcforce no end

# Calculate solvation energy print energy solv - ref end quit

用最新版本的APBS运行这个例子给出的结果是-229.59 kJ/mol ，这与由上面的分析方程给出的结果-230.62 kJ/mol 是非常一致的。

注意上面玻恩离子的离子可以轻松地推广到其它的极性溶剂化能计算 。 比如，For example, 可以将离子加到solv ELEC 区， 可以修改介电常数，可以改变表面定义(在ELEC区均可!)，或者可试着应用于更加复杂的分子。APBS里的许多例子(比如， solv和 ionize)也运用了溶剂化能计算。

注意

注意，随着分子变的更大，考察得到的溶剂化能值对格点空间分布和尺寸的敏感程度是很重要的。

4.2.非极性溶剂化

在图 Figure 4.1, “全溶剂化能循环”的全自由能循环中,非极性溶剂化自由能通常以步骤3到步骤5的能量变化表示：

步骤4表示在溶剂中构建一个孔穴的能量，步骤 3-5是与溶质、溶剂之间扩散作用相关的能量。有许多选择可以用来模建非极性溶剂化过程。APBS实现了一个相对通用的模型 ，此模型是由Wagoner and Baker (PNAS 2006) 提出的，可供参考。the APBS user guide详细说明了此模型的实现和调用。

我们关于孔穴构建项（步骤4）的基本模型是受定标离子理论的启发，它具有下面形式：

p 是溶剂压强 (APBS中的press关键词)， Δ V是溶质的溶剂可及体积， γ 是溶剂表面张力(APBS中的gamma关键词)， Δ A是溶质的溶剂可及表面面积。

我们关于扩散项的（步骤3和步骤5）基本模型遵循了Levy, Zhang, and Gallicchio (J Comput Chem, 2002)提出的Weeks-Chandler-Anderson 框架：

ρ 是溶剂密度 (APBS中的bconc关键词)， Ω 是问题域， u(att)(y) 表示在y点溶质、溶剂相吸引的扩散作用，其中的Lennard-Jones 扩散参数是由APBS参数文件定义的， θ(y) 描述y点的溶剂可及程度。

注意

Press，gamma, 和 bconc值可单独调整意味着上面提到的通用非极性溶剂化模型可轻松应用于其它常见的非极性溶剂化模型。比如，将 press 和 bconc 设为0将会产生一个典型的溶剂可及表面面积模型。

与玻恩离子不同，没有简单的例子来展示这些类型的非极性计算。 APBS 包括许多用上面的非极性模型进行计算的例子。感兴趣的读者可考察APBS提供的非极性烷烃的例子。 Chapter 5.怎样计算结合能? 目录

5.1溶剂化能对结合的贡献 ５.2包括库仑力贡献

5.3不行!配体没有设置参数 5.4一个配体结合的例子 一般地，隐式溶剂模型被用来计算溶剂化对结合自由能的贡献。其余的对结合自由能的贡献（分子力能，熵变等）必须单独计算，本教程并未对其进行讨论。 唯一例外的是本教程包括了分子间库仑作用；下面我们将讨论这些能量在APBS中怎样计算。 我们计算溶剂化对结合自由能贡献的框架如图Figure 5.1, “ 结合自由能循环”。

Figure 5.1. 结合自由能循环展示了从均一介质环境(相互作用由库仑定律描述) 到非均一介质环境的结合自由能，其中非均一介质环境具有不同的内部（绿色）和外部（青色）介电常数。 结合（解离）自由能由步骤3描述。

结合自由能由以下方程给出Equation 5.1, “ 结合自由能方程”。

Equation 5.1. 基于Figure 5.1, “ 结合自由能循环 ”的结合自由能方程。

以下章节将对怎样计算方程中的各项进行详细说明。 5.1. 溶剂化能对结合的贡献

如果仅关注计算溶剂化对结合的贡献(图 Figure 5.1, “ 结合自由能循环 ”中第4步和第2步)，我们只需按照Chapter 4, 怎样计算溶剂化能? 的说明计算复合和分离的组分。那么，溶剂化能对结合的贡献由以下方程给出 ：Equation 5.2, “溶剂化对结合自由能的贡献 。 Equation 5.2. 在由“mol 1”和“mol2”组成的双组分复合物中，溶剂化对结合自由能的贡献。编号参见图 Figure 5.1, 结合自由能循环”。

溶剂化的贡献可以分成极性和非极性两部分，正如Chapter 4, 怎样计算溶剂化能?中提到的。 5.2. 包含库仑力的贡献

为得到完整的结合自由能循环(见 Figure 5.1, “ 结合自由能循环 ”)， 我们需要在溶剂化能变的基础上增加分子间的库仑力贡献以得到静电/溶剂化对结合自由能的全部贡献。特别地，我们对结合过程中库仑静电势能的变化很感兴趣，它由以下方程给出： Equation 5.3, “ 库仑力对结合自由能的贡献”。

Equation 5.3. 在由“mol 1”和“mol2”组成的双组分复合物中，库仑力对结合自由能的贡献。编号见 Equation 5.1, “ 结合自由能方程” 。

方程Equation 5.3, “ 库仑力对结合自由能的贡献” 中每个ΔGcoul 的值是在统一介电常数下分子（或复合物）中所有原子两两之间库仑作用的总合。为了能将这些库仑贡献与上面提到的溶剂化能相结合，必须保证在计算库仑贡献时使用了一致的介电常数 。特别地，库仑作用计算时使用的一致介电常数必须以溶剂化能计算时的状态作为参考态。比如，如果溶剂化能计算的是蛋白质由统一介电常数为εin 的介质转移到内部介电常数是εin 、外部介电常数是εout 的介质，库仑力能必须在介电常数为εin.下计算。APBS 附件 tools/manip/coulomb就是用来进行这些单分子库仑力能计算的 。有PQR文件作为输入文件，tools/manip/coulomb 程

序将在真空电介质（比如，统一介电常数为1）下计算库仑力能。如果参考介电常数是εin，那么所有tools/manip/coulomb返回的能量需要除以εin。

在使用恰当的介电常数εin 来计算库仑结合能的情况下，静电/溶剂化总自由能可通过以下方程算得Equation 5.4, “ 结合自由能 ”、 Equation 5.1, “ 结合自由能方程”， Equation 5.2, “ 溶剂化对结合自由能的贡献”, 和Equation 5.3, “ 库仑力对结合自由能的贡献” ： Equation 5.4. 结合自由能

5.3.不行！配体没有设置参数 ！

PDB2PQR 现在已经能为配体设置参数了（1.2.0版），这要感谢Jens Nielsen小组的协作。详细信息请参见PDB2PQR homepage。 5.4. 一个配体结合的例子

警告

正在创建

Chapter 6. 怎样计算溶剂化力?

APBS提供对极性和非极性溶剂化过程中力的计算 ，步骤与Chapter 4, 怎样计算溶剂化能?一样。一般地，力可通过修改溶剂化能计算时使用的输入文件获得，添加calcforce total可获得溶质分子整体受力而添加calcforce comps可获得每个原子受力的详细信息。需要注意的是，正如计算溶剂化能，“自身作用”项必须移除(cf. Example 4.2, “玻恩输入文件示例” 为例)。

Chapter 7. 怎样计算pKa? 目录

7.1. 概况 7.2.介绍

7.3. 应用于溶菌酶

重要信息

本教程由Dave Sept提供，Dave Sept是一个生物分子模拟实验室的成员之一。 注意

本教程包括测定生物分子pKa 值的Poisson-Boltzmann 方法。其余确定pKa和滴定状态的方法在PDB2PQR examples中给出。

7.1. 概况

为什么计算pKa? 虽然用来展示连续静电概念不是pKa 计算的常规应用，但它具有重要的科研和教学价值。从科研的观点来看，pKa 值是生物分子（特别是酶）功能的重要决定因素，并且它可以用来评定功能活动和确定活性位点。从教学的角度来看，pKa 计算需要所有重要的连续静电学概念，因此可联系到溶剂化和结合能。

注意

本教程包括测定生物分子pKa 值的Poisson-Boltzmann 方法。其余测定pKa 和滴定状态 的方法在PDB2PQR examples中给出。如果将用这些方法得到的结果与 PDB2PQR结果作比较，将会发现更多乐趣。

7.2. 介绍

下面是对生物分子pKa和滴定状态相关概念的简洁介绍。更多的信息可参阅大多数的生物化学和生物物理教科书或一些关于pKa 的原始文献[6]。 回顾可知，酸解离常数Ka 描述了酸解离成其组分的过程：

采用活度的方式

在 “理想状态”下 [7] ，活度可以被浓度代替

你应仍能记得化学平衡常数可由以下方程与自由能联系在一起

然而，化学家发现用以10为基数的对数比用自然对数来衡量pH 更简单，因此，pKa 被定义为：

7.2.1.氨基酸模型 pKa 值

在许多计算中，基于模型值来赋予氨基酸侧链的pKa 值，以此

来模拟溶剂中的单氨基酸。许多模型 pKa 值在下表中列出： Table 7.1, “常见可滴定基团的模型氨基酸 pKa 值; 数据来自 Nielsen et al (见 注脚) ”。

Table 7.1. Table 7.1, “常见可滴定基团的模型氨基酸 pKa 值; 数据来自 Nielsen et al (见注脚) 氨基酸 Arginine 模型 pKa 13.0 Aspartic acid 4.0 Cysteine C-terminus 8.7 3.8 Glutamic acid 4.4 Histidine Lysine N-terminus Tyrosine

在下面的章节中我们将看到，这些模型值为计算蛋白质pKa 值提供了基础。 7.2.2. 蛋白质pKa 值

上面章节提到的模型pKa 值的用是将所有质子化的化学复杂性(成键和断键)转移到模型值中。特别地，蛋白质pKa 值是以模型化合物的摄动来计算的，正如下面的自由能循环 蛋白质环境中氨基酸的 pKa 由下面的自由能循环给出:

6.3 10.4 8.0 9.6

在下式中，我们对于从已知的模型ΔaGHA,model 值得到未知的ΔaGHA ，以及未知的ΔxferGHA 、 ΔxferGA- 是十分关注的： Equation 7.1. 酸解离自由能

一般地，ΔxferGHA 和 ΔxferGA- 的值由计算模拟获得。按照一定的方案，几乎每一个自由能计算方法都可用来获取这些能量。在这个方案中，带电的和不带电的氨基酸的溶剂化（去溶剂化）能是按照下面来计算的： Figure 7.1. pKa 摄动自由能原理图

注意这些能量在计算中假定了具有相同的背景状态； 换句话说，在氨基酸带电和不带电状态这个问题上，蛋白质中其它的可滴定基团也采用了相同的状态。稍后我们会讨论这个假设的含义。

7.2.3. 蛋白质pKa计算的连续静电方法

虽然几乎任何自由能方法都可以用来计算将质子化和未质子化的氨基酸从溶剂转移到蛋白质环境时的能量，但连续静电方法是（通常）一个在精度和计算效率上令人满意的折衷方法。 需要计算的迁移自由能，ΔxferGHA 和 ΔxferGA-，可从Poisson-Boltzmann (PB)能量决定。特别地，这些能量可作为有效的“结合能计算”来进行计算，与APBS 示例和教程中的能量计算相似: Equation 7.2. 迁移自由能

其中

? ? ?

Gprotein with charged X 是蛋白结合了基团Ｘ的静电能，其中基团Ｘ上的所有电荷设为正常值。

Gprotein with uncharged X是蛋白结合了基团Ｘ的静电能，其中基团Ｘ上的所有电荷设为０。 Gcharged X in solution 是溶剂中基团Ｘ的静电能，其中所有电荷设为正常值。 注意，与结合能一样，Equation 7.2, “迁移自由能” 可有两种方式来衡量：

衡量迁移自由能的方法

?

?

直接在PB方程中，计算各个状态下PB计算结果减去总静电能(包括自身作用能)值。为了使得这项工作能进行，在每一个PB计算中所有构象/格点位置/电荷状态必须相同。 间接地，可通过溶剂化自由能的PB计算和静电相互作用能的库仑定律计算（在介电常数为εp下）实现。 对于一个好的有效格点设置，这个方法更稳定。

通过自由能循环，两种方法都可以给出所需的 ΔxferGX。然而，考虑到所有计算都使用了相同的格点和构象， 使用总静电能的直接方法通常是最有效的。

注意上面讨论的两种方法都没有明确的允许在我们研究的酸性集团质子化/去质子化的过程中可以改变蛋白质中其它集团的滴定状态。另外，这两种方法都没有明确地提供与质子化/去质子化相伴随的蛋白质构象变化。因为如此，用这种方法我们不能计算真实的pKa 值。我们计算的是内禀pKa 值。 7.3. 应用于溶菌酶

7.3.1. 背景

鸡蛋白溶菌酶 (HEWL)是pKa 计算的常用的体系，因为它的可滴定残基有许多有意思的值。 关于此酶 pKa 的早期研究工作可参见 Tanford C, Roxby R. Interpretation of protein titration curves. Application to lysozyme. Biochemistry. 11 (11), 2192-8, 1972 ，其中也有这个实验室使用的pKa 值。更多关于近来的pKa 计算和许多方法的综述可见Nielsen JE, Vriend G. Optimizing the hydrogen-bond network in Poisson-Boltzmann equation-based pk(a) calculations. Proteins-Structure Function and Genetics. 43 (4), 403-12, 2001。最后，溶菌酶的生物相关性在Wikipedia中作了简要概述。

HEWL有两个活性位点残基 ，即GLU 35和ASP 52 。它们的滴定状态决定了酶的催化能力： Figure 7.2. HEWL的活性位点

特别地，只有在ASP 52 离子化(pKa ≈ 1.2)和GLU 35呈中性(pKa = 6.3)的情况下HEWL才有活性。

另外，溶菌酶中ASP 66 pKa 值是6.6 ，HIS 15 pKa 值是5.7。 7.3.2. 概况和声明

下面，我们将演示确定GLU35内禀pKa 的步骤。然而，这项工作实际上不能很好地完成(你需要找到原因！)。因此，对HIS15 和ASP66你也需要进行相同的操作，以获得计算连续溶剂pKa的更好示例。 7.3.3. 准备PDB 文件

从PDB 下载2LZT ，以2LZT-GLU35.pdb保存。如果你有时间，你也应该访问PDBSum 分析页面以获得更多关于结构的信息。

水分子会出问题!

在继续操作之前，将PDB中所有水分子移除。这是非常重要的。（为什么？）

为进行pKa 计算，我们将需要获得GLU 35质子化的形式。我们将通过PDB2PQR web service来实现。 PDB2PQR 可进行一系列操作来“整理” PDB 文件，使其适于静电计算。这些操作在PDB2PQR homepage里做了描述。

如果没有特定要求， PDB2PQR 会基于模型pKa 值向残基上加氢。因此，我们需要将谷氨酸残基名由GLU 改为 GLH ，这样就指定了GLU 35的滴定状态。可使用我最喜欢的文本编辑器进行修改，将结果以2LZT-GLH35.pdb 保存。

现在我们准备好了运行PDB2PQR ，来使我们的PDB 文件变为质子化的形式。使用命令行版本的PDB2PQR或者PDB2PQR homepage 列出的网络服务器来生成2LZT-GLU35.pdb 和 2LZT-GLH35.pdb 的质子化PQR文件。将结果分别命名为2LZT-GLU35.pqr 和2LZT-GLH35.pqr。虽然考查结果对不同力场的敏感度是重要的，我推荐现在使用PARSE。

注意

你可以使用PDB2PQR中的 PROPKA 来定义滴定状态。但是上面的步骤不要这么做，因为我们需要为我们的计算设定精确的滴定状态。

为进行内禀pKa 的静电计算，我们将需要孤立的氨基酸残基。使用你喜欢的文本编辑器由2LZT-GLU35.pqr 和2LZT-GLH35.pqr生成GLU 35 或GLH 35 残基格式。将结果分别以GLU35.pqr 和 GLH35.pqr保存。

最后，我们也需要对具有不带电荷残基的HEWL进行静电计算。使用你喜欢的文本编辑器将 2LZT-GLU35.pqr 和 2LZT-GLH35.pqr 中的电荷设为0，生成2LZT-noGLU35.pqr 和2LZT-noGLH35.pqr。 这可以通过将PQR文件中倒数第二行设为0来实现，例如： ATOM 534 N GLU 35 6.456 16.408 22.487 -0.5163 1.8240 ATOM 535 CA GLU 35 6.354 15.205 23.349 0.0397 1.9080 ATOM 536 C GLU 35 6.889 13.941 22.695 0.5366 1.9080 ATOM 537 O GLU 35 7.705 13.192 23.277 -0.5819 1.6612 ATOM 538 CB GLU 35 4.906 14.973 23.796 0.0560 1.9080 ATOM 539 CG GLU 35 4.476 15.932 24.948 0.0136 1.9080 ATOM 540 CD GLU 35 5.171 15.736 26.255 0.8054 1.9080

ATOM 541 OE1 GLU 35 5.844 14.786 26.570 -0.8188 1.6612 ATOM 542 OE2 GLU 35 5.038 16.682 27.056 -0.8188 1.6612 ATOM 543 H GLU 35 5.671 16.799 22.056 0.2936 0.6000 ATOM 544 HA GLU 35 6.856 15.382 24.215 0.1105 1.3870 ATOM 545 HB2 GLU 35 4.318 15.158 23.042 -0.0173 1.4870 ATOM 546 HB3 GLU 35 4.832 14.066 24.142 -0.0173 1.4870 ATOM 547 HG2 GLU 35 4.654 16.857 24.629 -0.0425 1.4870 ATOM 548 HG3 GLU 35 3.500 15.796 25.084 -0.0425 1.4870 可能变成

ATOM 534 N GLU 35 6.456 16.408 22.487 0.0000 1.8240 ATOM 535 CA GLU 35 6.354 15.205 23.349 0.0000 1.9080 ATOM 536 C GLU 35 6.889 13.941 22.695 0.0000 1.9080 ATOM 537 O GLU 35 7.705 13.192 23.277 0.0000 1.6612 ATOM 538 CB GLU 35 4.906 14.973 23.796 0.0000 1.9080 ATOM 539 CG GLU 35 4.476 15.932 24.948 0.0000 1.9080 ATOM 540 CD GLU 35 5.171 15.736 26.255 0.0000 1.9080 ATOM 541 OE1 GLU 35 5.844 14.786 26.570 0.0000 1.6612 ATOM 542 OE2 GLU 35 5.038 16.682 27.056 0.0000 1.6612 ATOM 543 H GLU 35 5.671 16.799 22.056 0.0000 0.6000 ATOM 544 HA GLU 35 6.856 15.382 24.215 0.0000 1.3870 ATOM 545 HB2 GLU 35 4.318 15.158 23.042 0.0000 1.4870 ATOM 546 HB3 GLU 35 4.832 14.066 24.142 0.0000 1.4870 ATOM 547 HG2 GLU 35 4.654 16.857 24.629 0.0000 1.4870 ATOM 548 HG3 GLU 35 3.500 15.796 25.084 0.0000 1.4870 7.3.4. 启动总静电能计算

我们将使用focusing calculations来计算体系的静电势能和自由能。

提示

下面， 我们将计算总静电自由能 – 比如， 包括自身电荷相互作用项的能量。在接下

来的步骤里计算溶剂化或迁移自由能时，我们将去掉这些自身相互作用项。因此，在每个计算中要使用相同的格点参数(格点中心、大小、空间分布等)，这是非常重要的。

下面是我们计算每个溶剂化能使用的输入文件模板(从这里下载 here):

read mol pqr compound.pqr # This is the compound for which we will calculate solvation energies mol pqr ref.pqr # This is a compound used as a reference for grid centering end

elec name inhom mg-auto # Focusing calculations dime 129 129 129 # This is a good grid spacing for this system cglen 52.0 66.0 79.0 # These are reasonable coarse grid settings for this system (PDB2PQR-recommended) fglen 51.0 59.0 67.0 # These are reasonable fine grid settings for this system (PDB2PQR-recommended) cgcent mol 2 # Center the grid on the reference molecule fgcent mol 2 # Center the grid on the reference molecule mol 1 lpbe bcfl sdh pdie 20.00 sdie 78.54 srfm smol sdens 40.0 chgm spl2 srad 1.40 swin 0.30 temp 298.15 calcenergy total calcforce no end

# Print the final energy print energy inhom end quit 关于此输入文件，许多方面需要注意：

? ? ?

一般地，每个计算的compound.pqr 将会改变，但ref.pqr 则不会。 选择一个分子

作为ref.pqr (2LZT-GLU35.pqr 是一个好的选择) ，在所有计算中使用它。 我们使用的溶质介电常数(εp)是20 (见 pdie)。对PKa计算来说这个选择是常用的[8] ，因为一般认为它暗含了溶质的内部松弛度和重排[9]。

对于分子表面 (srfm smol) ，我们使用了一个合理的高表面离散点密度(sdens 40.0)。pKa 和其它静电结果对表面选取有时是非常敏感的。

现在你有了足够的信息来计算相关分子的总静电能量: 2LZT-GLU35.pqr，2LZT-GLH35.pqr， 2LZT-noGLU35.pqr， 2LZT-noGLH35.pqr， GLU35.pqr， and GLH35.pqr。通过修改上面的模板，你应该能够为这些体系分别构建APBS输入文件。当这些输入文件构建好后，你可通过以下命令运行PB 计算：

$ apbs foo.in | tee foo.out

其中foo.in是输入文件，输出文件保存以foo.out。 7.3.5. 启动迁移自由能计算

我们先前讨论过迁移自由能可以用两种方式来衡量。由你自己决定用哪种方法；对两种方法结果进行比较可得到足够好的格点设置。正如前面提到的，直接从总静电能中减除的方法通常是最稳定，在这种方法中所有的计算采用一致的格点和溶质构象。

两种迁移自由能计算方法获得结果的不同，通常都是由于计算中缺乏收敛性导致，这可由降低格点间距解决(比如，增加格点数目)。

如果你选择将迁移自由能分解为溶剂化和库仑能变，除了前面章节列出的APBS计算外，你还需要进行另外两项静电计算 ：

? ? ?

首先，你需要在均匀电介质εs = εp 重新运行所有的APBS计算来得到溶剂化能。这可通过修改前面章节中的输入文件来完成。

然后，你需要计算库仑相互作用能。APBS 的 coulomb 程序可衡量真空中一组电荷的库仑定律静电能。该程序的用法是 $ coulomb foo.pqr

其中 foo.pqr是你关注的PQR文件。注意这个程序中有许多扩展选择。不要忘记调整 εp!

7.3.6. 把所有的放到一起

这时,你准备好了计算内禀PKa需要的所有东西。考虑到你又可能出现故障，这里我提供了许多有帮助的例子：

GLU35.pqr, GLH35.pqr, 2LZT-GLH35.pqr, 2LZT-GLU35.pqr, 2LZT-noGLH35.pqr, 2LZT-noGLU35.pqr

上面提到的PQR文件

2LZT-noGLH35.in, 2LZT-GLH35.in, GLH35.in

直接使用总静电能来计算GLH的迁移自由能时需要的APBS 输入文件

2LZT-noGLH35-vac.in, 2LZT-GLH35-vac.in, GLH35-vac.in

使用极性溶剂化能来计算GLH 迁移自由能时需要的APBS输入文件。

2LZT-noGLU35.in, 2LZT-GLU35.in, GLU35.in

直接使用总静电能来计算GLU的迁移自由能时需要的APBS 输入文件。

2LZT-noGLU35-vac.in, 2LZT-GLU35-vac.in, GLU35-vac.in

使用极性溶剂化能来计算GLH 迁移自由能时需要的APBS输入文件。

run-apbs.sh

运行上面列出的所有APBS输入文件的Bash 脚本。假定apbs程序在你的PATH下。

run-coul.sh

用溶剂能来衡量迁移自由能时，运行库仑能量计算的Bash 脚本。假定APBS coulomb 程序 (通常可在apbs/tools/manip中找到) 在你的PATH下。

7.3.7. 接下来是什么?

通过我们简单的介绍，你应该能试着衡量HIS 15和ASP 66的内禀PKa了。你得到的结果与实验结果一致吗？这些残基有什么不同？

到现在为止，我们仅考察了内禀PKa，并且忽略了可滴定基团之间的相互影响。Jens Nielsen 开发了一个非常好的软件包 pKaTool ，你可以用它来探究可滴定位点之间的耦合作用，还有这些耦合作用对蛋白质体系滴定事件的影响。他提供了一本教程tutorial (PDF) ，可用来探究耦合滴定状态和熟悉pKaTool的使用。

[6]

下面的参考文献是对生物分子PKa计算的介绍：

?

?

?

Bashford D, Karplus M. pKa's of ionizable groups in proteins: Atomic detail from a continuum electrostatic model. Biochemistry. 29 (44), 10219-25, 1990.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2271649

Antosiewicz J, McCammon JA, Gilson MK. The determinants of pKas in proteins. Biochemistry. 35 (24), 7819-33, 1996.

http://pubs.acs.org/cgi-bin/pagelookup?bichaw/35/7819

Nielsen JE, Vriend G. Optimizing the hydrogen-bond network in Poisson-Boltzmann equation-based pKa calculations. Proteins-Structure Function and Genetics. 43 (4), 403-12, 2001.

http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/78505732/ABSTRACT

[7]

这样的状况在离子和coion浓度极低且没有其它作用种类等条件下可能出现。换言之,对于真实的生物体系，这样的这样的状况几乎遇不到。

[8]

开始vigorous waving of hands... 停止vigorous waving of hands...

[9]

Chapter 8. 我的计算需要的内存太大!

目录

8.1. 并行计算: 示例 8.2. 异步时序计算

APBS 每个格点需要大约200 B的内存。内存用量在进行计算之前就可预测，数据是通过APBS提供的tools/manip/psize.py Python 脚本获得的。 如果你的内存不足以满足计算的需要，你还有其它选择：

? ?

?

APBS 计算可在多个机器上并行运算（共用分散内存！）。这项功能是由关键词mg-para 提供的，下面below我们将详细说明，读者也可参阅APBS用户手册。 APBS 计算可分解成一系列小的异步时序的运算，每个运算需要的内存会小一些。这项功能是由关键词mg-para async提供的，下面below我们将详细说明，读者也可参阅APBS用户手册。

通过 Gemstone 将你的计算任务提交至外部计算资源。

8.1. 并行计算:示例

APBS 源程序 (examples/actin-dimer/complex.pqr)提供的肌动蛋白二聚体的例子是一个很大的体系，也是并行 focusing calculations 的极好例子。这个例子中使用肌动蛋白二聚体复合物PQR文件complex.pqr。

我们将使用８个处理器并行计算来获得该复合物的静电势能图。每个处理器在一个973 网格上使用parallel focusing method (见 Baker et al, PNAS, 2001)来解决整个问题的一部分，相邻处理器网格间有20%的重叠。进行计算需要的输入文件应如下所示（从这里下载 here): read mol pqr complex.pqr end

elec name complex mg-para ofrac 0.1 pdime 2 2 2 dime 97 97 97 fglen 150 115 160 cglen 156 121 162 cgcent mol 1 fgcent mol 1 mol 1 npbe bcfl sdh ion 1 0.150 2.0 ion -1 0.150 2.0

end quit

pdie 2.0 sdie 78.54 srfm mol chgm spl0 srad 1.4 swin 0.3 sdens 10.0 temp 298.15 calcenergy total calcforce no write pot dx pot

其中pdime 2 2 2 定义了8-处理器 的array dimensions，ofrac 0.1 定义了处理器计算之间有20%的重叠， dime 97 97 97 定义了每个处理器计算量的大小。 write pot dx pot 指导APBS输出势能图OpenDX-format ，输出文件为8个 pot#.dx文件，其中 #指具体处理器的编号。 使用MPI版本的APBS来运行这个输入文件，8个并行计算中每个运算都会得到问题域(fglen)不同位置的相当好的解。注意8个OpenDX文件是分别由8个处理器写成的。OpenDX 文件单独写成避免了并行计算时的通信问题，并且单个文件相对来说是比较小的。另外，如果读者对问题域的特定部分感兴趣，仅需少数文件便可获得局部势能信息。

然而，大部分读者更关注整体势能。许多程序 (OpenDX, DataTank)可读入分开的势能文件并且生成整体势能图。对于大多数其它程序，需要读者事先得到重新组成的整体势能图；为此APBS提供了 mergedx 程序。mergedx 可将由并行计算得到的多个OpenDX 文件组合成一张图。这张图可从源分辨率数据中采样得到较粗糙的数据组，以实现粗略而快速的观察等。例如，以下命令

$ mergedx 65 65 65 pot0.dx pot1.dx pot2.dx pot3.dx pot4.dx pot5.dx pot6.dx pot7.dx

将会生成gridmerged.dx文件。这个文件是从8个 OpenDX 文件中采集较粗糙的数据组生成的653 文件，它比较适合于粗略观察。下面是mergedx输出结果的一个例子 (方法见 Section 3.1.4.1, “等势线可视化”) ：

Figure 8.1. 并行计算得到的肌动蛋白二聚体等势线

注意采样不是必须的—并且对高质量的观察和定量分析是不适用的。 8.2. 异步时序计算

对于不能进行并行计算的程序，也可通过MPI实现上面章节描述的步骤。特别地，你可以增加 async n

至APBS输入文件的 ELEC mg-para ，使得单处理器模拟进行n 个并行计算中的任务之一。 APBS异步时序运算得到的标量图可由上面提到的mergedx程序整合到一块。目前，对于APBS异步时序运算得到的能量和力，需要手动将单个计算得到的文件合并起来。这可由简单的shell脚本实现。

作为具体的例子，我们可以修改上面的输入文件 。在ELEC 状态中加入async 0命令，这使得APBS 运行并行计算中的第一个处理器。修改后的输入文件应该如下 (可从这里下载here) ： read

mol pqr complex.pqr end

elec name complex mg-para ofrac 0.1 pdime 2 2 2 async 0 dime 97 97 97 fglen 150 115 160 cglen 156 121 162 cgcent mol 1 fgcent mol 1 mol 1 npbe bcfl sdh ion 1 0.150 2.0 ion -1 0.150 2.0 pdie 2.0 sdie 78.54 srfm mol chgm spl0 srad 1.4 swin 0.3 sdens 10.0 temp 298.15 calcenergy total calcforce no write pot dx pot end quit

这将生成一个名为pot.dx 的OpenDX-格式势能图，它对应于并行计算中处理器0的输出结果。使用async 1, async 2, ..., async 7 运行其它的APBS计算将相应地产生剩余处理器的OpenDX 图。如上面所述，使用mergedx可将这些图整合到一块。 Chapter 9. 怎样将APBS用于我的分子动力学软件 (for MM/PBSA, 等)?

Robert Konecny (McCammon group) 开发的 iAPBS 软件包提供了APBS与AMBER, NAMD, 和 CHARMM 的C/C++/FORTRAN 对接。更多详细的信息可见 iAPBS homepage.

APBS 也与正在开发的TINKER软件包新版本进行了对接。具有APBS支持的 TINKER 很快可以从http://dasher.wustl.edu/tinker/得到。

Chapter 10. 怎样通过网络运行APBS? (Gemstone) 目录

10.1. 获取 Gemstone

10.2. 使用PDB2PQR准备结构 10.3. 使用APBS进行静电计算

通过Gemstone 服务，你可以在网上运行APBS。本章节将展示Gemstone 怎样通过

command-line 对接进行大多数的APBS计算。更方便的一点是，你能使用NBCR's的资源来代替自己的！ 10.1. 获取Gemstone

在开始之前，你需要为Firefox网页浏览器下载并安装Gemstone扩展，可从http://gemstone.mozdev.org获得。 10.2. 使用PDB2PQR准备结构

我们将从使用PDB2PQR准备结构开始。首先，你需要从 Protein Data Bank下载PDB文件。First, you need to download a PDB file from the Protein Data Bank。在这个例子中，我们使用1FAS (从这里直接下载here)。

从Firefox 菜单打开Gemstone 对接Tools → Gemstone。在Gemstone 屏幕右边的Gemstone 菜单中选择应用PDB2PQR： Utils → PDB2PQR 。选择你刚下载的PDB文件以及你关注的其它关于PDB2PQR的选择。这时，屏幕应如下所示： Figure 10.1. Gemstone PDB2PQR 计算

到前面\计算，检查stdOut和stdErr获取任何提示信息，下载生成的PQR文件。

10.3.使用APBS进行静电计算

现在我们准备好了通过Gemstone 进行1FAS 静电势能的APBS计算。打开Gemstone 屏幕右边的Chemistry → Apbs 菜单。下面的章节我们将逐个讲解中间部分的输入标签。 10.3.1. 计算

移至中间部分的calculation 标签。

大部分“数学”设置可不需更改；当然，你也可以试着修改离散化和表面定义来看一下对你的结果有何影响。

在 \下，载入上面章节中准备好的1FAS PQR文件。 本次计算中，在\下不要选择任何选项。 这时，你的屏幕应如下所示：

Figure 10.2. Gemstone APBS/Calculation screen

10.3.2. 格点

下面，移至中间部分的Grid 标签。

在\下，设置 X, Y, and Z \值为97。

在 \下， X, Y, and Z \都设为100。选中Center Grid on molecule。 在\下，X, Y, and Z \都设为80。选中Center Grid on molecule。 在此次计算中不用管\。 这时，你的屏幕应如下所示： Figure 10.3. Gemstone APBS/Grid 窗口

10.3.3. Physics

下面，移至中间部分的Physics标签。

选择任何你喜欢的值，默认值对大多数可视化计算来说是可行的。 这时，你的屏幕应如下图：

Figure 10.4. Gemstone APBS/Physics窗口

10.3.4. File I/O

下面，一直中间部分的 File I/O 标签。

你可以不必该这些设置，除非你想观察其它的性质。 这时，你的屏幕应如下所示:

Figure 10.5. Gemstone APBS/File I/O 窗口

10.3.5.运行计算

最后，返回到Calculation 标签下，选择 \。一会儿后，结果将出现在中间部分的输出标签下。计算结束时，你将看到：

Figure 10.6. Gemstone APBS/Calculation 屏幕 (计算结束)

特别地，你可以选择是否保存计算得到的势能文件。 10.3.6.其它计算

几乎所有本教程中的例子都可以通过Gemstone进行。更进一步，可以上传输入文件 并使用Gemstone作为进入其它研究机构网络服务的入口。 Chapter 11. 更多例子...

除了这里介绍的相对简单的应用之外， APBS 软件包(http://apbs.sf.net) 中含有大量其它的例子，包括电离能，蛋白质之间相互作用，并行计算等。 Chapter 12. 所有这些都没有回答我的问题...

请访问 APBS-users mailing list。当你在archive种找到问题的答案后，请将它贴到mailing list 。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hq56.html