Gromacs命令锦集

目录

1、MAKE_NDX .........................................................................................................................................................2 2、G_TRAJ ...............................................................................................................................................................3 3、G_ENERGY另外一种用法...............................................................................................................................3 4、PDB2GMX ...........................................................................................................................................................3 5、GENION ..............................................................................................................................................................5 6、EDITCONF............................................................................................................................................................6 7、G_RAMA.............................................................................................................................................................6 8、G_CLUSTER .........................................................................................................................................................7 9、GENBOX ..............................................................................................................................................................7

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1、make_ndx

Gromacs的索引文件，即index文件，由make_ndx程序生成，文件后缀为.ndx。 索引文件是gromacs最重要的概念文件，使用它可以在模拟过程中为所欲为。举一个简单的例子，比如想详细了解HIV整合酶切割DNA的反应机理，使用量子力学模拟反应位点的反应过程，而分子其他部位使用一般分子动力学模拟。于是我们就面临一个对模拟系统进行分割定义的问题，在gromacs中，就要用到索引文件。

基本的思路是这样的，在索引文件中，定义一个独立的组，这个组包括反应位点处所有原子。在模拟的.mdp文件中，对这个组定义量子力学模拟，事情就是这么简单。对蛋白进行量子力学模拟时，一般使用洋葱模型。所谓洋葱模型，就是对反应位点使用量子机制，在反应位点一定的半径内，使用半量子力学机制，然后分子部分使用分子机制。那么索引文件就定义一个使用量子力学的组，把需要引进量子机制的原子都放到这个组中；再定义一个半量子机制的组，同时放进需要半量子力学机制模拟的原子，再在.mdp文件中独自定义即可。

再举一个例子，比如说在进行SMD（Steered MolecularDynamics，这个我一直没有想到或者找到切恰的中文翻译方法，或许可以叫做牵引分子动力学？？别扭！！）中，要对蛋白莫一个原子或者残基作用力，那么可以建立一个索引文件，在该文件中定义一个组，把要施力的残基或者原子放到该组中。然后在.ppa文件中使用该组就行了。

如果我还没有说明白，那么看看gromacs的参考文件吧。如果还是不明白，可以来找我，我免费培训。^_^

索引文件使用make_ndx命令产生，\可以看到全部的参数。运行make_ndx后，可以使用\命令选择残基，\命令选择原子，\命令多组进行改名。可以使用\表示或运算，\表示与运算。下面是几个简单的例子：

----------------------------- 1.选择56号残基 r 56

2.选择3至45号残基 r 3-45

3.选择3至15，23至67号残基 r 3-15 | r 23-67

4.选择3至15号残基的主干链原子

r 3-15 & 4 #在索引文件中，4号组为默认的主干链。 -----------------------------

组合是灵活的，使用的时候好好发挥聪明的大脑啦。

个人觉得gromacs把索引文件概念做得非常好，并独立成一类文件是一个不小的创举啊。在这个概念很值钱的年代，基本上使gromacs多一个大大的卖点。

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2、g_traj

几乎gromacs的所有分析数据都可以输出为xmgrace的数据文件，g_traj可以产生gromacs轨迹的各个组的坐标，速度，受力和边界等等。使用” -com “参数可以求出轨迹中各个组的质心的坐标，速度，受力等；使用” -mol “则可以求取系统中各个分子的信息；” -ot “则可以求出系统中各个组的温度。还有几个其他参数，比如” -cv “可以求平均速度，” -cf “可以求平均受力等。其他参数同其他命令无异，参加说明文件。

3、g_energy另外一种用法

Gromacs的各个工具都很有个性，如果互相结合，可以做很多事情。

g_energy求系统轨迹各个能量的，一般跑完MD之后，使用g_energy处理ener.edr只能得到系统的各个能量项。但是如果想求系统中两个不同部分在模拟过程中的相互作用能量，那就要使用一些小窍门。

以下是实现的一个方法：

第一，根据原来的tpr文件建立一个新的tpr，在这个新的tpr中，明确定义感兴趣的组。这要用索引文件，见上文。

第二，用mdrun的\-rerun \参数指定原来的轨迹文件再跑一次模拟，这个过程很快。如果还想更快，可以使用trjconv把水分子去掉。这一个重复的模拟也产生轨迹文件，重要的是，还产生一个新的ener.edr文件，这个文件中包含了tpr文件中定义的各个组能量及相互作用能量（库伦相互作用能，范德华相互作用能等）。

第三，再使用g_energy把各个能量项提出来，想要什么提什么。 嗯，结果非常好。不信你试试。

4、pdb2gmx

使用gromacs做分子动力学模拟时，第一个要用到的命令一般都是pdb2gmx。这个命令吧pdb分子文件转化成gromacs独特的gro分子结构文件类型，同时产生分子拓扑文件。

Gromacs是典型的GPL软件，每一个命令都有很多命令参数。这对熟悉windows环境的人来说有一点烦，但是如果熟悉了Linux环境，也就慢慢喜欢啦。（建议多使用命令，就像VMD， Pymol， rasmol和Chimera等等分子可视化软件，如果接合命令使用，功能都非常强大。另外一个比较bt的软件叫做WHATIF的，完全建立在bt的命令菜单上，心理承受能力不强者多半吐血而终。

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使用“pdb2gmx -h”可以得到pdb2gmx的所有参数及简单说明（gromacs的任何命令都可以使用-h参数得到类似帮助）。pdb2gmx的参数很多，但是常用的只有以下几个：

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-f 指定你的坐标文件，可以是pdb、gro、tpr等等包含有分子坐标的文件;

-o 输出文件，也就是处理过的分子坐标文件，同样可以是pdb、gro、g96等文件类型;

-p 输出拓扑文件。pdb2gmx读入力场文件，根据坐标文件建立分子系统的拓扑;

-water 指定使用的水模型，使用pdb2gmx的时候最好加这个参数，不然后面会吃苦头。它会提前在拓扑文件中添加水分子模型文件;

-ff 指定力场文件（下文讨论），也可以不用这个参数，再自行选择; -ignh 舍弃分子文件中的H原子，因为H原子命名规则多，有的力场不认;

-his 独个指定HIS残基的质子化位置。

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其他的参数还不少，可以好好看一个pdb2gmx的帮助文件，一般的pdb2gmx的执行格式如下（假设你的分子坐标文件为sen.pdb）：

pdb2gmx -f sen.pdb -o sen.gro -p sen.top -water tip4p -ignh -his

该命令读入分子文件，使用tipp水模型，等等，然后pdb2gmx会让你选择力场文件。然后它就很聪明的帮你建立初始模拟系统啦。

gromacs自带的力场有很多：

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0: GROMOS96 43a1 force field

1: GROMOS96 43b1 vacuum force field

2: GROMOS96 43a2 force field (improved alkane dihedrals) 3: GROMOS96 45a3 force field (Schuler JCC 2001 22 1205) 4: GROMOS96 53a5 force field (JCC 2004 vol 25 pag 1656) 5: GROMOS96 53a6 force field (JCC 2004 vol 25 pag 1656)

6: OPLS-AA/L all-atom force field (2001 aminoacid dihedrals) 7: [DEPRECATED] Gromacs force field (see manual)

8: [DEPRECATED] Gromacs force field with hydrogens for NMR

9: Encad all-atom force field, using scaled-down vacuum charges 10: Encad all-atom force field, using full solvent charges

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本人建议使用OPLS力场和tip4p水模型。tip4p水有四个粒子，分别是两

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个氢原子，一个氧原子和一个没有质量的电粒子。这个电粒子在其他三个原子中间靠近氧原子。tip4p水模型多了一个粒子，模拟代价高一点，但是结果要好一点。但是最近有报道说使用spce水模型和GROMOS力场的计算结果最好，嘿嘿，好一个百家争鸣的学术氛围啊，我真的号感动哦。Gromacs也可以使用其他力场，如AMBER力场等，使用方法请参考google。

pdb2gmx的输出基本可以做真空中模拟了，现在对MD模拟的要求高，一般都要有点水。为分子系统添加水环境和离子环境需要其他命令，要慢慢来。

5、genion

在给蛋白质添加水环境之后，一般要在水环境中添加金属离子，使模拟系统更加接近真实系统。如果系统中蛋白质本身已经带了静电量，那么就更要给系统加几个带相反电量的金属离子，使系统处于电中性。

gromacs中添加金属离子的命令是genion，使用\可以得到其使用的参数，其中有几个比较常用：

--------------------------- \指定系统tpr文件。

\指定系统拓扑文件，在往系统中添加金属离子时，genion会往拓扑文件最后的分子类型中写入添加的离子数，并修改拓扑文件中系统原子数。

\指定输出文件，genion的输出是pdb文件或者gro等结构文件。也就是说你产生这个文件之后，还要再用这个文件产生tpr文件。

\带正/负电金属粒子的数目。这个数目有一点讲究，一般需要看个人的应用。假如想要得到\的离子浓度到底要加多少，可以自己算一下（很简单，方法很多，比如看课本）。也可以直接使用\-conc \参数直接指定离子浓度，在使用\-conc \参数时，建议使用\\参数配合，即使系统的最后处于电中性。嗯，gromacs开发组想得不要太周到哦（南京话）。

\指定正负金属离子的名字，比如\或者\。可以看看gromacs安装途径\下面你用的力场文件中离子到底用什么名字，也可以使用新的离子，但是要在力场中定义，或者把新离子的itp文件使用\添加到系统拓扑文件中。

\随机位置添加离子。这个比较有说法，如果不用该参数，那么离子就会添加在势能最低处，即靠近蛋白质相反电量的部位。有的人说这样可以节省时间，但是这样一跑MD，离子就会抱跟着蛋白，死死不放，不是很好。

\-seed \有随机，就是随机种子，如果发现使用\-random \添加离子自由，离子离蛋白太近（比如说小于0.1nm），那么可以指定新的seed。

--------------------------- 嗯，给一个例子： ------

\genion -s topol.tpr -o system_ion.pdb -p system.top -np 100 -pname Na -nn 100 -nname Cl -random \

------

说明一下：加了100个Na和100个Cl，随机加，输出文system_ion.pdb文件。

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再使用grompp生成一个新的tpr，就可以计算了。

6、editconf

在使用pdb2gmx创建模拟分子系统之后，可以使用editconf为你的分子画一个盒子。也可以认为使用editconf把分子放进一个盒子中，这样，你就可以往盒子里面添加水分子，离子，或者其他溶剂等等了。

使用“ eidtconf -h ”可以看到editconf的参数，其中比较常用的有以下几个： ---------------------------------------------------------- -f 指定你的坐标文件。

-n 分子系统的索引文件。索引文件是gromacs一个十分突出的功能，刚接触有点复杂，但是功能相当强大。

-o 输出文件，即放进盒子里面的分子系统。

-bt 盒子类型，有正方型，长方形，八面型等等，看个人需要跟癖好啦。 -box 自定义盒子大小，需要三个长度，即X、Y、Z三个方向的长度。 -d 分子离盒子表面的最短距离。这个跟-bt一起使用，基本就足够了;如果蛋白在模拟过程尺寸变化很大，那就用-box吧。

-center 确定哪一部分分子放在盒子中心，如果和索引文件一起使用，可以非常详细的定义分子的位置。

-translate 平移分子，跟X、Y、Z三个方向，随便移动。可以参考我前面一篇关于加大盒子的e文文章，练习e文，不好意思。

-rotate 转动分子，还是三个方向。我觉得editconf开发者太有才，什么都想到了，我想要什么，他就有什么，以后遇到他，我会让他给我签名。 -princ 这个参数可以用来对齐分子，比如使分子沿X轴对齐。举一个例子吧，比如你想将分子中两个残基沿Y轴对齐，那么就在索引文件中将这俩个残基标记以下，然后使用-princ，根据提示走就能对齐分子啦。

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由于gromacs的很多命令都可以接受不同的文件类型，editconf也有其他功能，如和trjconv一样进行gro和pdb的转化： editconf -f sen.pdb -o sen.gro 或者

editconf -f sen.gro -o sen.pdb 7、g_rama

rama图的标准分布，是统计很多天然蛋白质结构残基的psi和phi二面角

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而绘制的，集中分布在几个角度范围的区域，物质都具有自发朝向能量最低的方向变化的特点，自然界的蛋白也是，所以在rama标准分布图中，统计分布密集的区域，是蛋白能量低、稳定的构象，在这些区域中，残基间的侧链彼此间斥力小。模拟得到的结果如果绝大多数落在这些范围中，也可以说明具有这样的特征。但分布另一方面也和残基类型有关，侧链越小所受的斥力制约越小，在rama图中分布范围越广。

A Ramachandran plot (also known as a Ramachandran map or a Ramachandran diagram), developed by Gopalasamudram Narayana Ramachandran, is a way to visualize dihedral angles φ against ψ of amino acid residues in protein structure. It shows the possible conformations of φ and ψ angles for a polypeptide.

我想這張圖應該是用\畫出來的~

VMD Main -> Extensions -> Analysis -> Ramachandran Plot

8、g_cluster

用了g_cluster这个命令，可是生成了一个rmsd-clust.xpm文件。 xpm2ps是gromacs中的一条命令可分析rmsd-clust.xpm，并用xmanager观看图形

9、genbox

使用genbox命令为Gromacs模拟分子添加水环境

使用editconf把分子放进一个盒子之后，接下来要做的就是往盒子里面添加水分子。Gromacs中添加水环境的命令是genbox，这是一个较其他命令简单一点的命令，因为参数不多。

通常用到的genbox参数有一下几个：

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-cp ：带盒子参数的分子坐标文件，也就是editconf的输出文件；

-cs ：添加的水分子模型，如spc216、spce、tip3p、tip4p等，关于各个模型的区别，请参考scholar google；

-o ：输出坐标文件，就是添加水分子之后的分子坐标文件，默认是.gro文件，但是也可以输出其他文件格式，如pdb；

-p ：系统拓扑文件，genbox会往里面写入添加水分子的个数，这个不要忘记，不然在进行下一步计算时，会出现坐标文件和拓扑文件原子数不一致的错误；

-ci ：索引文件，genbox可以为分子特定部位添加水环境，这样可以减少原子数，只有研究的分子部位添加水环境，节省计算时间。

-seed ：随机种子数，添加水分子时，各个水分子的位置是随机的，可以改变这个随机数子使水分子重新分布。

添加水分子后可以用VMD等软件看看结果，一般完成这个之后事情开始变得复杂。比如某一个水分子出现在蛋白结构中，而这个位置本来就是不希望水分子一开始就存在，那么可以找出这个水分的残基标号，进行删除，同时删除拓扑文件中水分子的数目等。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wz8d.html