几种生成有机分子GROMACS拓扑文件的工具

几种生成有机分子GROMACS拓扑文件的工具
文/Sobereva(1)

First release:2014-Dec-9  Last update: 2017-Mar-25


Antechamber:免费的Ambertools包当中提供的,拓扑文件专给amber用。自动分配GAFF力场参数,没参数的会自动通过半经验来计算。如果参数不满意的话也可以用户到时候自己通过paramfit程序来对力场参数进一步拟合。此程序可以自动计算AM1-BCC、RESP等分子模拟常用的原子电荷。总体来说比较可靠,智能。它的拓扑文件可以通过amb2gmx或acpype程序(http://code.google.com/p/acpype/,目前可以在无需翻墙在这里下http://svn.code.sf.net/p/ccpn/code/branches/stable/ccpn/python/acpype/)转换成gromacs格式。推荐用acpype,用法很简单,要处理xxx.mol2就执行./acpype.py -i xxx.mol2,然后程序会自动调用Antechamber处理xxx.mol2,算完后acpype就会将之转化为带有_GMX后缀的.gro、.itp、.top,直接在Gromacs里用即可。另外也会输出_OPLS后缀的基于OPLS力场的文件,但属于实验性质不建议用。

PRODRG2(http://davapc1.bioch.dundee.ac.uk/cgi-bin/prodrg):历史非常悠久很有名的生成Gromacs拓扑文件的在线工具。只支持GROMOS87/96力场,生成gromacs和其它一些程序的拓扑文件。原子电荷是根据基团指认的,如果基团识别不对那么电荷也不可靠。有在线版和离线版。可以选择自动优化分子结构。

Automated Topology Builder(ATB,http://compbio.biosci.uq.edu.au/atb/):生成Gromacs拓扑文件的在线工具,比PRODRG更先进更可靠,解决了PRODRG没法自动确定质子化态和charge group指认不准的问题以保证原子电荷可靠,并且能利用对称性保证电荷等价,另外没有prodrg2那样对于每日提交的数目有限制。可以生成GROMOS96 G53A6、G54A7力场的gromacs或gromos程序的拓扑文件。ATB虽然不错,可以作为产生小分子gromacs拓扑文件的首选,但它生成的原子电荷、确定的参数的可靠性也只是一般,不能保证很准确。对于个别分子,ATB给出的拓扑文件甚至明显不合理,比如模拟起来后严重变形。如果要做很严谨的模拟研究,还是建议自行计算RESP电荷并且手动检查力场参数的合理性并适当调节。网站上也有些大量事先搞好的小分子的参数和拓扑文件,其中有的是别人之前提交过的分子,有的是经过专人手工处理过的分子,显然后者可靠程度更高。

MKTOP(http://www.aribeiro.net.br/mktop/):支持OPLS-AA和AMBER03力场,强调全原子。电荷必须自己提供。感觉有点山寨。

TPPmktop(http://erg.biophys.msu.ru/tpp/):在线工具,提供pdb文件,能产生OPLS-AA力场参数的gromacs拓扑文件。速度比较快,但得到的拓扑文件里有时候会缺参数,或者出现额外的原子类型,需要再手工处理。此服务器有时候有其它任务在跑,此时无法提交任务,只能等过一阵服务器没任务时再提交。

OBGMX(http://software-lisc.fbk.eu/obgmx/):生成UFF力场的gromacs拓扑文件的在线工具。由于UFF几乎涵盖整个周期表,因此不光有机分子,也可以使得Gromacs能够处理无机物、周期性体系,比如MOF。由于UFF的力场形式和Gromacs所支持的不完全兼容,此程序给出的参数实际上是对原UFF力场的近似。个别原子类型识别可能有误。电荷必须自己提供。

SwissParam(http://swissparam.ch):输入有机小分子mol2文件,生成用于CHARMM/NAMD和GROMACS模拟的拓扑、参数文件。力场参数基于MMFF,但只保留谐振项部分,因此只是MMFF的近似。原子电荷通过MMFF方法获得。范德华参数采用CHARMM22中最接近的原子类型。这样的参数比较粗糙,有优化的余地。

CGenFF(https://cgenff.paramchem.org):先注册,上传有机小分子的mol2文件,即可生成基于CGenFF力场的CHARMM的拓扑文件。如果mol2是gview建的,一定要事先把里面的Ar替换成ar。上传文件的时候不要选Guess bond orders from connectivity和Include parameters that are already in CGenFF。如果文件处理正常,会立刻产生str文件,点击其链接之后把里面内容拷到比如Actos.str里面。进入网页里的More Info & Tools - Utilities,点击GROMACS conversion program,可下载把str文件转换为GROMACS格式的Python脚本cgenff_charmm2gmx.py。对于CentOS 7.2,应运行yum install numpy和yum install python-networkx把这个脚本所需的包装上。去http://mackerell.umaryland.edu/charmm_ff.shtml#gromacs里面下载用于GROMACS的CHARMM36力场文件,解压得到比如charmm36-nov2016.ff文件夹,将它和Actos.str、cgenff_charmm2gmx.py都放到当前目录,另外也把此文件夹拷到gromacs的top目录下。假设Actos.str里RESI后面的词是Molecu,最初上传的是Actos.mol2,则运行./cgenff_charmm2gmx.py Molecu Actos.mol2 Actos.str charmm36-nov2016.ff。在当前目录会产生molecu.top、molecu.prm、molecu.itp、molecu.pdb(从mol2转换过来的),适当调整itp和top里的分子名,调整itp里的残基名和结构文件相对应后,即可用于模拟。str文件里的力场参数有penalty指标,数值越大说明此参数可靠性越低,详见网页里的说明。

 

另外说两个有关的程序

YASARA AutoSMILES Server(http://www.yasara.org/autosmilesserver.htm)是在线版程序,离线的话得买YASARA(建模+可视化+动力学模拟工具)。可以计算AM1-BCC电荷、指认amber94/96/99力场参数。但是产生的文件只能用YASARA View打开,也就是说,拓扑文件相当于YASARA专用的。

RED(RESP ESP charge Derive,http://q4md-forcefieldtools.org/REDServer-Development/):专门生成RESP电荷的,也能搞力场参数。页面做得不是一般的恶心,又复杂又闹又乱,摸不到头绪,看着就烦,因此笔者也没怎么仔细研究。

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