CHARMM36力场MD模拟相关mdp文件

我在26.6.25两篇文章讨论了MD的操作步骤并提供了所有Amber99SB-ILDN纯蛋白模拟的mdp文件当涉及非蛋白组分MD模拟时需要用到兼容性更高的CHARMM36mdp文件变化较大使用流程则请参考我的文章《MD分子动力学模拟中的翻译后修饰如乙酰化处理流程》CHARMM36物理原理CHARMM36和Amber99SB-ILDN原理相似都是用键合非键合项表达的势能函数但Amber99SB-ILDN采用了解耦的思想它假设电荷、范德华力、二面角项可以在一定程度上解耦其他的能量表达式比较统一Amber99SB-ILDN的二面角扭转能是用一维傅里叶级数拟合的类似用等高线描述山峰。而CHARMM36是全局思维各项参数高度相关同样的二面角是用二维网格测绘的这也是为何CHARMM36对非蛋白成分包容性更好。另外二者关于Lennard-Jones (LJ) 12-6势的解法不同大家可以直观感受一下这个函数的形状。其实1.2nm时并非完全等于0但Amber99SB-ILDN会采用强行截断的方式将受力设置为0因此函数会产生一个阶跃根据导数的性质可能会“崩飞”一些原子所以需要一个微弱的力即长程色散校正来维持。而CHARMM36在switch节点1.0nm后会用多项式将受力和势能在1.2nm都平滑的降为0此时不需要额外的力了因此长程色散校正设为no。分子动力学涉及很多复杂的物理知识我没有相关教材只是针对比较直观的部分结合个人理解做一些解释非常具体的物理内容本人专业术语比较匮乏就不误导大家了。关于势能解耦大家可以看看微管粗粒度模拟工具MADDY的处理方式我个人非常喜欢他们拆分成六个自由度独立计算的方法这一部分属于物理伪迹的近似拟合是力场开发者主要竞争的领域。ions.mdp; 1. 模拟控制用来占位的 integrator steep nsteps 0 ; 2. 邻近搜索与约束能量极小化/加离子阶段关闭约束 cutoff-scheme Verlet ns_type grid nstlist 20 rlist 1.2 constraints none ; 建议加上防止在这一步产生形变 ; 3. 静电相互作用 (CHARMM36 标准) coulombtype PME rcoulomb 1.2 pme_order 4 fourierspacing 0.16 ; 4. 范德华相互作用 (CHARMM36 特有机制) vdw-modifier Force-switch rvdw-switch 1.0 rvdw 1.2 ; 5. 长程色散校正 (CHARMM36 必须设为 no) DispCorr nominim.mdp; ; 能量最小化参数 —— 适用于 CHARMM36 力场的蛋白质-蛋白质复合体体系 ; ; 1. 模拟控制 integrator steep ; 最速下降法一种搜索算法找势能低谷但不计算速度轨迹 emtol 1000.0 ; 收敛条件最大作用力低于 1000 kJ/mol/nm 停止 emstep 0.01 nsteps 50000 ; 2. 近邻搜索与边界条件 cutoff-scheme Verlet nstlist 20 ns_type grid pbc xyz ; 3. 静电相互作用 coulombtype PME rcoulomb 1.2 pme_order 4 fourierspacing 0.16 ; 4. 范德华作用 vdw-modifier Force-switch ; 必须使用力切换 rvdw-switch 1.0 ; 从 1.0 nm 开始切换 rvdw 1.2 ; 在 1.2 nm 处彻底截断 ; 5. 长程色散校正 DispCorr no ; 6. 约束设置 constraints nonenvt.mdp; ; NVT 预平衡参数 —— 适用于 CHARMM36微管蛋白二聚体修饰体系 ; ; 1. 预处理与运行控制 define -DPOSRES integrator md dt 0.002 nsteps 50000 ; 2. 输出控制 (平衡阶段不需要存太密节省 A100 的磁盘 I/O 资源) nstxout 5000 nstvout 5000 nstenergy 500 nstlog 500 ; 3. 近邻搜索与截断方案 cutoff-scheme Verlet ns_type grid nstlist 20 rcoulomb 1.2 ; 静电截断 rvdw 1.2 ; 范德华截断 ; 4. 静电与范德华相互作用 (核心修改适配 CHARMM36) coulombtype PME pme_order 4 fourierspacing 0.16 vdw-modifier Force-switch rvdw-switch 1.0 DispCorr no ; 5. 健壮性约束 (核心修改防止 2fs 步长导致体系氢键爆炸) constraints h-bonds ; 约束所有含氢原子的键 constraint_algorithm LINCS ; 约束算法 ; 6. 温度耦合 (V-rescale 控温) tcoupl V-rescale tc-grps Protein Non-Protein tau_t 0.1 0.1 ref_t 310 310 ; 7. 速度初始化 gen_vel yes gen_temp 310 gen_seed -1npt.mdp; ; NPT 预平衡参数 —— 适用于 CHARMM36微管蛋白二聚体修饰体系 ; ; 1. 预处理与运行控制 define -DPOSRES ; 别注释掉 integrator md dt 0.002 nsteps 50000 ; 2. 输出控制 (平衡阶段降低磁盘 I/O延长 A100 寿命) nstxout 5000 nstvout 5000 nstenergy 500 nstlog 500 ; 3. 近邻搜索与截断方案 cutoff-scheme Verlet ns_type grid nstlist 20 rcoulomb 1.2 rvdw 1.2 ; 4. 静电与范德华相互作用 (CHARMM36 标准) coulombtype PME pme_order 4 fourierspacing 0.16 vdw-modifier Force-switch rvdw-switch 1.0 DispCorr no ; 注意这个 ; 5. 健壮性约束 constraints h-bonds ; 约束含氢键 constraint_algorithm LINCS ; 6. 温度耦合 (保持与 NVT 严格一致) tcoupl V-rescale tc-grps Protein Non-Protein tau_t 0.1 0.1 ref_t 310 310 ; 7. 压力耦合 pcoupl c-rescale pcoupltype isotropic tau_p 2.0 ref_p 1.0 compressibility 4.5e-5 refcoord_scaling com ; 这是消除 warning 用的随box的形变调整参考系防止蛋白质被拉扯形变 ; 8. 速度延续 gen_vel no ; 不要生成随机速度 continuation yes ; 从 NVT 结尾继承md.mdp; ; 成品生产动力学参数 (Production MD) —— 适用于 CHARMM36微管蛋白自由模拟 ; ; 1. 预处理与运行控制 ; define ; 蛋白质完全自由 integrator md dt 0.002 nsteps 25000000 ; 2. 输出控制 nstxout 0 ; 不保存全精度坐标 nstvout 0 ; 不保存速度 nstfout 0 ; 不保存力 nstxout-compressed 5000 compressed-x-grps System nstenergy 5000 nstlog 5000 ; 3. 近邻搜索与截断方案 cutoff-scheme Verlet ns_type grid nstlist 20 rcoulomb 1.2 rvdw 1.2 ; 4. 静电与范德华相互作用 coulombtype PME pme_order 4 fourierspacing 0.16 vdw-modifier Force-switch rvdw-switch 1.0 DispCorr no ; 5. 约束设置 constraints h-bonds constraint_algorithm LINCS lincs_iter 1 lincs_order 4 ; 6. 温度耦合 (保持与前面步骤严格连续) tcoupl V-rescale tc-grps Protein Non-Protein tau_t 0.1 0.1 ref_t 310 310 ; 7. 压力耦合 pcoupl Parrinello-Rahman ; 该控压器更高级 pcoupltype isotropic tau_p 5.0 ref_p 1.0 compressibility 4.5e-5 ; 8. 速度延续 gen_vel no continuation yes ; 继承上一步