生成磷脂双层膜结构文件的小工具genmem

生成磷脂双层膜结构文件的小工具genmem

文/Sobereva  2014-Feb-20


能够生成磷脂双层膜结构文件用于分子动力学模拟的程序不少,比如packmol(http://www.ime.unicamp.br/~martinez/packmol/)、CHARMM-GUI(http://www.charmm-gui.org)、VMD的Membrane Builder插件等等,可是各有缺点。Membrane Builder插件用起来方便,但是支持的磷脂类型太少。CHARMM-GUI支持的磷脂类型虽然不少,但是终究有限,没法对特殊的磷脂分子构建膜。packmol普适性最强,只要你提供了磷脂分子的结构文件,就能搭出膜来,这在《Sob谈生物膜体系的搭建》(http://sobereva.com/23)当中已经做了详细介绍。可是,packmol对于搭建膜体系时经常无法顺利收敛,此时它会输出迭代过程中找到的最好的结构,然而这样的结构时好时坏,磷脂经常分布得很不均匀,留下孔洞,可能造成模拟初期水分子钻进去捣蛋,而且个别磷脂分子之间还往往有极其严重的不合理接触。另外,packmol的运行时间也偏长。

受够了packmol的气,于是笔者自行写了个生成磷脂双层膜结构文件的小工具genmem,磷脂分子由用户自行随意地提供。1.0版下载地址为:/usr/uploads/file/20150610/20150610021914_17793.rar。其中有预编译好的Windows下的可执行文件,示例文件,源代码也附上了。

使用很简单。在程序目录下写个名为input.txt的输入文件,示例内容和注释如下
ATB_opted.pdb   ;The path of input file (pdb file of lipid molecule)
mem.pdb         ;The path of output file (pdb file of bilayer membrane)
48.4            ;Length of box size (Angstrom)
36              ;The number of lipids in each layer, should be square of an integer
24              ;The index of the reference atom in your pdb file
82,40           ;The Z position of the reference atom in layer 1 and layer 2
1               ;0=Don't randomly rotate molecule, 1=randomly rotate molecule
对于此例,只需要双击图标运行genmem.exe,程序就从ATB_opted.pdb中读取磷脂结构,产生双分子层,输出到当前目录下的mem.pdb,瞬间就运行完毕。每层的6*6=36个磷脂分子均匀分布在48.4*48.4埃的区域里。ATB_opted.pdb中第24号原子用于定位,第一层膜中每个磷脂的这个原子都位于Z=82埃的平面上,第二层膜中它都处于Z=40埃的平面上。最后一行的1代表让每个磷脂分子绕着Z轴随意旋转,如果是0,则每个分子都是保持相同朝向整齐地排列。

输入的磷脂pdb文件中,应当事先人为地进行旋转,以让磷脂头部冲着Z轴正方向。并且最好尽量通过调整分子里的二面角让磷脂整体看起来比较直,以避免生成的结构中相互交错而导致不合理接触。


此程序其实很简单,并不会像packmol那样利用优化算法来让磷脂分子刚性地旋转以避免过近的接触。虽然genmem生成的膜结构中难免有些不合理接触,但这不是什么问题,因为MD之前做优化就能解决不合理接触。即便没法彻底解决掉某些局部区域的高压力,只要做MD一开始的时候用非常小的步长,比如0.4fs,稍微跑一下也就解决了。

仅有一条评论

  1. md_grad

    真的很管用。拜謝!

评论已关闭