自写脚本创建非标准残基蛋白的GROMACS拓扑

类别:    标签: gmx amb   阅读次数:   版权: (CC) BY-NC-SA

几年前, 我写过几篇GROMACS处理非标准残基的教程, 用的是比较正统的方法, 创建非标准残基的rtp文件, 这样基本上可以一劳永逸, 需要的时候只要pdb2gmx就可以了. 但这种方法还是有点繁琐, 步骤很多, 要注意的地方也很多, 一不留心就可能出错. 其次, 这种方法只适合常规的蛋白修饰, 非标准残基只能与前后两个残基相连, 没法使用这种方法将一个非标准残基的两端连接到任意其他残基上. 再者, 有时候我们只是单纯地有一个非标准残基需要处理, 也没想着还会使用它很多次, 或者将它用到别处, 所做的基本上是个一次性的行为. 在这种情况下, 我们用到非标准残基的时候随手创建一下它的拓扑就好了, 就不劳生成什么rtp了, 那还挺麻烦的. 不借助rtp而直接生成包括非标准残基在内的整个体系的拓扑也是可行的, 虽然步骤可能也还是有些繁琐. 我觉得至少有三种方法可以达到目的: 一种是基于ambertools的建模工具和acpype, 一种是基于片段的方法, 一种是直接修改已有拓扑的方法. 第一种暂且不去说它吧, 第二种比较通用, 可以考虑集成到我的gmxtop工具中, 最后一种稍麻烦点, 需要借助一些脚本来完成, 但比起创建rtp的方法还是简单些, 也可以借以理解拓扑的概念, 熟悉拓扑的修改流程, 所以我就花时间写了几个脚本, 以期能达到目的. 由于时间有限, 并没有将几个脚本综合起来并尽量自动化, 因为那与我期望的目的不合, 脚本也会丧失一些通用性.

基础知识

无论创建拓扑还是修改拓扑, 都要先理解拓扑, 理解非键相互作用, 成键相互作用, 其中重点是成键相互作用, 因为非标准残基麻烦的地方就在于会涉及大量成键项原子编号和参数的处理, 除非是只对标准残基进行非常小的修改, 否则大量成键项的处理必须借助脚本或其他自动工具来减轻工作量, 避免错误.

脚本

这几个脚本暂时只能基于我自己的NotepadX运行. 一共有5个脚本, 其中功能相反的脚本实际上可以合并, 通过选项来指定是删除还是保留, 这里明确分开只是为了简单. 此外, 在这篇教程中我们只会用到其中前3个脚本.

如果删除一个原子, 所有涉及删除原子的成键项也必须删除.

如果删除一条键, 所有涉及此键的键角, 二面角项也需要删除. 所涉及的原子是与两个成键原子二级相邻的所有原子. 添加键的情况类似.

                  B11 B12
                  |  /
       A11        B1--B13
         \       /
    A12--A1--A--B--B2
         /       \
       A13        B3

示例如上图, 删除或添加A-B键时, 涉及

示例

以我常用的小蛋白1crn做示例吧


视图: 投影 正交
着色: 按链 按残基
模式: 飘带 骨架 管板 卡通
显示: 水分子 非键原子   名称
颜色: 氨基酸 形状 极性 酸性 彩虹
左键: 转动   滚轮: 缩放   双击: 自动旋转开关   Alt+左键: 移动

Fig.1

这个小蛋白的20号残基原本为20GLY, 我将其侧链与一个常见药物分子布洛芬共价相连, 这样就变成了一个非标准残基, 后文就假定其残基名称为20XXX吧.


视图: 投影 正交
着色: 按链 按残基
模式: 飘带 骨架 管板 卡通
显示: 水分子 非键原子   名称
颜色: 氨基酸 形状 极性 酸性 彩虹
左键: 转动   滚轮: 缩放   双击: 自动旋转开关   Alt+左键: 移动

Fig.2

1. 获得标准蛋白的拓扑: pdb2gmx

先将原pdb文件中的20XXX修改为标准残基, 用于定位, 具体改为哪种都可以, 为简单起见, 最好使用GLYALA. 对我们要处理的情况, 由于20XXX是由20GLY修饰而来, 所以使用原来的GLY就好了.

变为标准残基蛋白后先对pdb文件进行清理, 设置好两性残基的质子化状态, 然后使用pdb2gmx补充缺失的氢原子, 最后生成AMBER力场的拓扑.

使用对生成的拓扑进行短时间的模拟, 确认拓扑正常.

; residue  19 PRO rtp PRO  q  0.0
   273          N     19    PRO      N    273    -0.2548      14.01
   274         CT     19    PRO     CD    274     0.0192      12.01
   275         H1     19    PRO    HD1    275     0.0391      1.008
   276         H1     19    PRO    HD2    276     0.0391      1.008
   277         CT     19    PRO     CG    277     0.0189      12.01
   278         HC     19    PRO    HG1    278     0.0213      1.008
   279         HC     19    PRO    HG2    279     0.0213      1.008
   280         CT     19    PRO     CB    280     -0.007      12.01
   281         HC     19    PRO    HB1    281     0.0253      1.008
   282         HC     19    PRO    HB2    282     0.0253      1.008
   283         CT     19    PRO     CA    283    -0.0266      12.01
   284         H1     19    PRO     HA    284     0.0641      1.008
   285          C     19    PRO      C    285     0.5896      12.01
   286          O     19    PRO      O    286    -0.5748         16   ; qtot 3
; residue  20 GLY rtp GLY  q  0.0
   287          N     20    GLY      N    287    -0.4157      14.01
   288          H     20    GLY      H    288     0.2719      1.008
   289         CT     20    GLY     CA    289    -0.0252      12.01
   290         H1     20    GLY    HA1    290     0.0698      1.008
   291         H1     20    GLY    HA2    291     0.0698      1.008
   292          C     20    GLY      C    292     0.5973      12.01
   293          O     20    GLY      O    293    -0.5679         16   ; qtot 3
; residue  21 THR rtp THR  q  0.0
   294          N     21    THR      N    294    -0.4157      14.01
   295          H     21    THR      H    295     0.2719      1.008
   296         CT     21    THR     CA    296    -0.0389      12.01
   297         H1     21    THR     HA    297     0.1007      1.008
   298         CT     21    THR     CB    298     0.3654      12.01
   299         H1     21    THR     HB    299     0.0043      1.008
   300         CT     21    THR    CG2    300    -0.2438      12.01
   301         HC     21    THR   HG21    301     0.0642      1.008
   302         HC     21    THR   HG22    302     0.0642      1.008
   303         HC     21    THR   HG23    303     0.0642      1.008
   304         OH     21    THR    OG1    304    -0.6761         16
   305         HO     21    THR    HG1    305     0.4102      1.008
   306          C     21    THR      C    306     0.5973      12.01
   307          O     21    THR      O    307    -0.5679         16   ; qtot 3

检查生成的拓扑文件和构型文件, 发现补充完整后蛋白的总原子数为642, 其中19PRO的原子编号从273开始, 20GLY的编号范围为287:293, 21THR294开始. 记下这些数字, 后面会用到.

2. 删除蛋白拓扑中用于定位非标准残基的标准残基: 2-2_删除top原子.js

由于我们要使用20XXX替换原本的20GLY, 所以先将20GLY的所有原子及其参与的成键项删除. 为此, 选中拓扑中[ atoms ][ dihedrals ]的内容, 然后启动脚本2-2_删除top原子.js

可以直接使用所得结果替换原先选中内容. 如果还不熟悉整个流程, 可以另存为一个文件, 以便与原拓扑对比. 熟悉流程之后, 直接在原文件上修改即可.

与原始拓扑对比一下, 可以发现[ atoms ]20GLY对应的原子已经删除了.

; residue  19 PRO rtp PRO  q  0.0
   273          N     19    PRO      N    273    -0.2548      14.01
   274         CT     19    PRO     CD    274     0.0192      12.01
   275         H1     19    PRO    HD1    275     0.0391      1.008
   276         H1     19    PRO    HD2    276     0.0391      1.008
   277         CT     19    PRO     CG    277     0.0189      12.01
   278         HC     19    PRO    HG1    278     0.0213      1.008
   279         HC     19    PRO    HG2    279     0.0213      1.008
   280         CT     19    PRO     CB    280     -0.007      12.01
   281         HC     19    PRO    HB1    281     0.0253      1.008
   282         HC     19    PRO    HB2    282     0.0253      1.008
   283         CT     19    PRO     CA    283    -0.0266      12.01
   284         H1     19    PRO     HA    284     0.0641      1.008
   285          C     19    PRO      C    285     0.5896      12.01
   286          O     19    PRO      O    286    -0.5748         16   ; qtot 3
; residue  20 GLY rtp GLY  q  0.0
; residue  21 THR rtp THR  q  0.0
   294          N     21    THR      N    294    -0.4157      14.01
   295          H     21    THR      H    295     0.2719      1.008
   296         CT     21    THR     CA    296    -0.0389      12.01
   297         H1     21    THR     HA    297     0.1007      1.008
   298         CT     21    THR     CB    298     0.3654      12.01
   299         H1     21    THR     HB    299     0.0043      1.008
   300         CT     21    THR    CG2    300    -0.2438      12.01
   301         HC     21    THR   HG21    301     0.0642      1.008
   302         HC     21    THR   HG22    302     0.0642      1.008
   303         HC     21    THR   HG23    303     0.0642      1.008
   304         OH     21    THR    OG1    304    -0.6761         16
   305         HO     21    THR    HG1    305     0.4102      1.008
   306          C     21    THR      C    306     0.5973      12.01
   307          O     21    THR      O    307    -0.5679         16   ; qtot 3

此外, 后面所有涉及20GLY原子的成键项也已经删除.

3. 调整蛋白拓扑的原子编号, 留出非标准残基的位置: 2-1_调整top原子编号.js

20XXX的拓扑最终要合并到蛋白拓扑中, 所以必须先在蛋白拓扑中为其预留下位置, 也就是要调整蛋白拓扑的原子编号, 使其与最终拓扑中的一致.

20XXX共38个原子, 所以蛋白拓扑中要空出38个位置. 因此, 从21THR的第一个原子N294开始, 后续所有原子编号都要进行修改, 294要变为286+38+1=325. 为此, 我们像上一步一样, 选中拓扑中的原子及成键项, 然后启动脚本2-1_调整top原子编号.js

因为我们要修改N294及其后面所有原子的编号, 所以终止编号足够大即可.

将所得结果替换原先选中内容, 就得到了所需的蛋白拓扑.

; residue  19 PRO rtp PRO  q  0.0
   273           N     19    PRO      N    273    -0.2548      14.01
   274          CT     19    PRO     CD    274     0.0192      12.01
   275          H1     19    PRO    HD1    275     0.0391      1.008
   276          H1     19    PRO    HD2    276     0.0391      1.008
   277          CT     19    PRO     CG    277     0.0189      12.01
   278          HC     19    PRO    HG1    278     0.0213      1.008
   279          HC     19    PRO    HG2    279     0.0213      1.008
   280          CT     19    PRO     CB    280     -0.007      12.01
   281          HC     19    PRO    HB1    281     0.0253      1.008
   282          HC     19    PRO    HB2    282     0.0253      1.008
   283          CT     19    PRO     CA    283    -0.0266      12.01
   284          H1     19    PRO     HA    284     0.0641      1.008
   285           C     19    PRO      C    285     0.5896      12.01
   286           O     19    PRO      O    286    -0.5748         16   ; qtot 3
; residue  20 GLY rtp GLY  q  0.0
; residue  21 THR rtp THR  q  0.0
   325           N     21    THR      N    294    -0.4157      14.01
   326           H     21    THR      H    295     0.2719      1.008
   327          CT     21    THR     CA    296    -0.0389      12.01
   328          H1     21    THR     HA    297     0.1007      1.008
   329          CT     21    THR     CB    298     0.3654      12.01
   330          H1     21    THR     HB    299     0.0043      1.008
   331          CT     21    THR    CG2    300    -0.2438      12.01
   332          HC     21    THR   HG21    301     0.0642      1.008
   333          HC     21    THR   HG22    302     0.0642      1.008
   334          HC     21    THR   HG23    303     0.0642      1.008
   335          OH     21    THR    OG1    304    -0.6761         16
   336          HO     21    THR    HG1    305     0.4102      1.008
   337           C     21    THR      C    306     0.5973      12.01
   338           O     21    THR      O    307    -0.5679         16   ; qtot 3

对比检查一下, 确认原子及成键项的编号调整正确.

这样我们就处理好了蛋白部分的拓扑, 等着补充暂时缺失的20XXX拓扑及其成键项.

4. 抽取非标准残基及其两端所连残基, 封端, 获取其GAFF拓扑: ambertools

现在开始处理20XXX. 它处于肽链之中, 前后与其他残基相连, 以常用的NC端顺序而言, 其前端与19PRO的C端相连, 其后端与21THR的N端相连. 我们先将19PRO, 20XXX, 21THR三个残基从PDB中抽取出来


视图: 投影 正交    速度:
模型: 球棍 范德华球 棍状 线框 线型   名称
左键: 转动   滚轮: 缩放   双击: 自动旋转开关   Alt+左键: 移动

Fig.3

这里之所以不只使用20XXX, 是因为后面将20XXX的拓扑补充到蛋白拓扑中时, 会涉及20XXX19PRO, 21THR的成键项. 如果只使用20XXX, 有些相应的成键项参数我们要自己补充, 很麻烦, 而使用了前后残基的话, 所有成键参数很容易得到, 后面只要简单复制到蛋白拓扑中就好了.

蛋白我们用了AMBER力场, 非标准残基我们可以使用GAFF力场. 要获得GAFF拓扑首先必须保证分子完整, 也就是要对截取的分子进行封端. 封端的原则是尽量保证其末端原子的化学环境与实际分子中的情况接近. 对于蛋白, 一般是将与C端相连的位置用ACE(-COCH3)封端, 与N端相连位置用NME(-NHCH3)封端.

使用熟悉的分子编辑软件进行封端. 为了后面处理方便, 建议调整一下封端基团的位置, 将ACE放在最前面, NME放在最后面, 也就是按ACE, 19PRO, 20XXX, 21THR, NME的顺序排列原子. 也要注意, 19PRO21THR自身的原子排列顺序要和前面蛋白中的一致, 否则后面没法保证添加的成键项编号一致.

封端后, 在创建GAFF拓扑前, 一般要使用分子编辑软件进行简单的优化, 使得初始结构尽量合理.


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Fig.4

后文我们称这个分子为LIG.

接下来获得LIG分子的GAFF拓扑, 作为测试, 用AM1-BCC电荷就够了. 如果使用RESP电荷, 可以参考我的另一篇教程使用AmberTools+ACPYPE+Gaussian创建小分子GAFF力场的拓扑文件.

可以运行短时间的MD简单测试下所得的GAFF拓扑, 看是否存在问题.

5. 修正非标准残基的电荷

一般情况下, 每个残基的净电荷都是整数, 不带电的残基净电荷是零. 20XXX整体不带电, 所以其38个原子所带电荷之和必须为零, 但由于LIG分子中含有前后残基和封端基团, GAFF只能保证所有原子的净电荷正确, 无法保证20XXX的总电荷为零, 所以必须对20XXX原子的电荷进行修正.

修正的方法很基本, ACE, 19PRO各自的总电荷应该接近零, 21THR, NME各自的总电荷也应该接近零, 所以, 将ACE+19PRO, 21THR+NME从拓扑中删除后, 它们各自的总电荷要想办法分配到20XXX的原子上. 分配的方法也有多种, 既可以直接分配到连接原子上, 也可以平均分配到所有原子上.

查看LIG拓扑的原子部分

[ atoms ]
;   nr  type  resi  res  atom  cgnr     charge      mass       ; qtot   bond_type
     1    c     1   lig     C    1     0.654097     12.01000 ; qtot 0.654
     2    o     1   lig     O    2    -0.588101     16.00000 ; qtot 0.066
     3   c3     1   lig    C1    3    -0.175100     12.01000 ; qtot -0.109
     4   hc     1   lig     H    4     0.072700      1.00800 ; qtot -0.036
     5   hc     1   lig    H1    5     0.072700      1.00800 ; qtot 0.036
     6   hc     1   lig    H2    6     0.072700      1.00800 ; ACE qtot 0.109

     7    n     1   lig     N    7    -0.475800     14.01000 ; qtot -0.367
     8   c3     1   lig    C2    8     0.078000     12.01000 ; qtot -0.289
     9   h1     1   lig    H3    9     0.062700      1.00800 ; qtot -0.226
    10   h1     1   lig    H4   10     0.062700      1.00800 ; qtot -0.163
    11   c3     1   lig    C3   11    -0.099400     12.01000 ; qtot -0.263
    12   hc     1   lig    H5   12     0.058200      1.00800 ; qtot -0.205
    13   hc     1   lig    H6   13     0.058200      1.00800 ; qtot -0.146
    14   c3     1   lig    C4   14    -0.090400     12.01000 ; qtot -0.237
    15   hc     1   lig    H7   15     0.067200      1.00800 ; qtot -0.170
    16   hc     1   lig    H8   16     0.067200      1.00800 ; qtot -0.102
    17   c3     1   lig    C5   17     0.025700     12.01000 ; qtot -0.077
    18   h1     1   lig    H9   18     0.088700      1.00800 ; qtot 0.012
    19    c     1   lig    C6   19     0.656101     12.01000 ; qtot 0.668
    20    o     1   lig    O1   20    -0.624101     16.00000 ; PRO qtot 0.044

    21    n     1   lig    N1   21    -0.551901     14.01000 ; qtot -0.508
    22   hn     1   lig   H10   22     0.328500      1.00800 ; qtot -0.179
    23   c3     1   lig    C7   23     0.050700     12.01000 ; qtot -0.129
    24   h1     1   lig   H11   24     0.088700      1.00800 ; qtot -0.040
    25    c     1   lig    C8   25     0.640101     12.01000 ; qtot 0.600
    26    o     1   lig    O2   26    -0.639101     16.00000 ; qtot -0.039
    27   ca     1   lig    C9   27    -0.129000     12.01000 ; qtot -0.168
    28   ca     1   lig   C10   28    -0.112000     12.01000 ; qtot -0.280
    29   ca     1   lig   C11   29    -0.095300     12.01000 ; qtot -0.375
    30   ca     1   lig   C12   30    -0.112000     12.01000 ; qtot -0.487
    31   ca     1   lig   C13   31    -0.129000     12.01000 ; qtot -0.616
    32   ca     1   lig   C14   32    -0.069300     12.01000 ; qtot -0.686
    33   ha     1   lig   H12   33     0.133000      1.00800 ; qtot -0.553
    34   ha     1   lig   H13   34     0.144000      1.00800 ; qtot -0.409
    35   ha     1   lig   H14   35     0.144000      1.00800 ; qtot -0.265
    36   ha     1   lig   H15   36     0.133000      1.00800 ; qtot -0.132
    37   c3     1   lig   C15   37    -0.056400     12.01000 ; qtot -0.188
    38   hc     1   lig   H16   38     0.086700      1.00800 ; qtot -0.101
    39   c3     1   lig   C16   39    -0.091100     12.01000 ; qtot -0.192
    40   hc     1   lig   H17   40     0.051367      1.00800 ; qtot -0.141
    41   hc     1   lig   H18   41     0.051367      1.00800 ; qtot -0.090
    42   hc     1   lig   H19   42     0.051367      1.00800 ; qtot -0.038
    43    c     1   lig   C17   43     0.641101     12.01000 ; qtot 0.603
    44    o     1   lig    O3   44    -0.552001     16.00000 ; qtot 0.051
    45   oh     1   lig    O4   45    -0.606101     16.00000 ; qtot -0.555
    46   ho     1   lig   H20   46     0.445000      1.00800 ; qtot -0.110
    47   c3     1   lig   C18   47    -0.041100     12.01000 ; qtot -0.151
    48   c3     1   lig   C19   48    -0.061700     12.01000 ; qtot -0.213
    49   c3     1   lig   C20   49    -0.092100     12.01000 ; qtot -0.305
    50   hc     1   lig   H21   50     0.056700      1.00800 ; qtot -0.249
    51   hc     1   lig   H22   51     0.039367      1.00800 ; qtot -0.209
    52   hc     1   lig   H23   52     0.039367      1.00800 ; qtot -0.170
    53   hc     1   lig   H24   53     0.039367      1.00800 ; qtot -0.130
    54   c3     1   lig   C21   54    -0.103400     12.01000 ; qtot -0.234
    55   hc     1   lig   H25   55     0.075200      1.00800 ; qtot -0.159
    56   hc     1   lig   H26   56     0.075200      1.00800 ; qtot -0.083
    57   hc     1   lig   H27   57     0.052700      1.00800 ; qtot -0.031
    58   hc     1   lig   H28   58     0.052700      1.00800 ; XXX qtot 0.022

    59    n     1   lig    N2   59    -0.535901     14.01000 ; qtot -0.514
    60   hn     1   lig   H29   60     0.355500      1.00800 ; qtot -0.158
    61   c3     1   lig   C22   61     0.038700     12.01000 ; qtot -0.120
    62   h1     1   lig   H30   62     0.087700      1.00800 ; qtot -0.032
    63   c3     1   lig   C23   63     0.137100     12.01000 ; qtot 0.105
    64   h1     1   lig   H31   64     0.068700      1.00800 ; qtot 0.174
    65   c3     1   lig   C24   65    -0.133100     12.01000 ; qtot 0.041
    66   hc     1   lig   H32   66     0.052367      1.00800 ; qtot 0.093
    67   hc     1   lig   H33   67     0.052367      1.00800 ; qtot 0.145
    68   hc     1   lig   H34   68     0.052367      1.00800 ; qtot 0.198
    69   oh     1   lig    O5   69    -0.609801     16.00000 ; qtot -0.412
    70   ho     1   lig   H35   70     0.410000      1.00800 ; qtot -0.002
    71    c     1   lig   C25   71     0.645101     12.01000 ; qtot 0.643
    72    o     1   lig    O6   72    -0.623101     16.00000 ; THR qtot 0.020

    73    n     1   lig    N3   73    -0.565901     14.01000 ; qtot -0.546
    74   c3     1   lig   C26   74     0.078300     12.01000 ; qtot -0.468
    75   hn     1   lig   H36   75     0.340500      1.00800 ; qtot -0.127
    76   h1     1   lig   H37   76     0.042367      1.00800 ; qtot -0.085
    77   h1     1   lig   H38   77     0.042367      1.00800 ; qtot -0.042
    78   h1     1   lig   H39   78     0.042367      1.00800 ; NME qtot -0.000

可以看到, 前20个原子为ACE+19PRO, 最后20个原子为21THR+NME. 我们分别将这两组原子的总电荷加到与其相连的原子上. 具体而言, ACE+19PRO总电荷为0.043996, 将其加到N21上, 则N21电荷应为-0.551901+0.043996=-0.507905, 21THR+NME总电荷为-0.022001, 将其加到C25上, 则C25电荷应为0.640101-0.022001=0.6181. 我们可以看到, 这两组原子的总电荷都很接近零, 删除它们对20XXX电荷的影响比较小, 说明我们采用的方法比较合理.

修正电荷后, 我们再验证一下20XXX的总电荷是否为零. 由于数值计算的精度, 舍入, 截断等原因, 有时总电荷并不会恰好为零, 而是有微小的偏差. 对于我们的数据, 修正后20XXX的总电荷为-5e-5, 非常小, 但不是零. 所以, 我们再微调一下. 微调时可以任意选择一个原子的电荷, 给它增加等量的相反电荷, 也可以试着删除所有电荷的最后一位数字, 因为很多时候是最后一位数字导致的偏差. 至于具体选择哪个原子, 采用哪种方式, 没有定例, 怎么方便怎么来吧.

查看我们所得的数字, 删除最后一位数字并不方便, 删除N21电荷的最后一位数字5, 或将C25电荷最后增加05最方便. 这样调整后, 20XXX的总电荷为-1.5e-16, 足够接近零了.

[ atoms ]
;   nr  type  resi  res  atom  cgnr     charge      mass       ; qtot   bond_type
     1    c     1   lig     C    1     0.654097     12.01000 ; qtot 0.654
     2    o     1   lig     O    2    -0.588101     16.00000 ; qtot 0.066
     3   c3     1   lig    C1    3    -0.175100     12.01000 ; qtot -0.109
     4   hc     1   lig     H    4     0.072700      1.00800 ; qtot -0.036
     5   hc     1   lig    H1    5     0.072700      1.00800 ; qtot 0.036
     6   hc     1   lig    H2    6     0.072700      1.00800 ; ACE qtot 0.109

     7    n     1   lig     N    7    -0.475800     14.01000 ; qtot -0.367
     8   c3     1   lig    C2    8     0.078000     12.01000 ; qtot -0.289
     9   h1     1   lig    H3    9     0.062700      1.00800 ; qtot -0.226
    10   h1     1   lig    H4   10     0.062700      1.00800 ; qtot -0.163
    11   c3     1   lig    C3   11    -0.099400     12.01000 ; qtot -0.263
    12   hc     1   lig    H5   12     0.058200      1.00800 ; qtot -0.205
    13   hc     1   lig    H6   13     0.058200      1.00800 ; qtot -0.146
    14   c3     1   lig    C4   14    -0.090400     12.01000 ; qtot -0.237
    15   hc     1   lig    H7   15     0.067200      1.00800 ; qtot -0.170
    16   hc     1   lig    H8   16     0.067200      1.00800 ; qtot -0.102
    17   c3     1   lig    C5   17     0.025700     12.01000 ; qtot -0.077
    18   h1     1   lig    H9   18     0.088700      1.00800 ; qtot 0.012
    19    c     1   lig    C6   19     0.656101     12.01000 ; qtot 0.668
    20    o     1   lig    O1   20    -0.624101     16.00000 ; PRO qtot 0.044

    21    n     1   lig    N1   21    -0.50790      14.01000 ; 删除末位的5
    22   hn     1   lig   H10   22     0.328500      1.00800
    23   c3     1   lig    C7   23     0.050700     12.01000
    24   h1     1   lig   H11   24     0.088700      1.00800
    25    c     1   lig    C8   25     0.6181       12.01000
    26    o     1   lig    O2   26    -0.639101     16.00000
    27   ca     1   lig    C9   27    -0.129000     12.01000
    28   ca     1   lig   C10   28    -0.112000     12.01000
    29   ca     1   lig   C11   29    -0.095300     12.01000
    30   ca     1   lig   C12   30    -0.112000     12.01000
    31   ca     1   lig   C13   31    -0.129000     12.01000
    32   ca     1   lig   C14   32    -0.069300     12.01000
    33   ha     1   lig   H12   33     0.133000      1.00800
    34   ha     1   lig   H13   34     0.144000      1.00800
    35   ha     1   lig   H14   35     0.144000      1.00800
    36   ha     1   lig   H15   36     0.133000      1.00800
    37   c3     1   lig   C15   37    -0.056400     12.01000
    38   hc     1   lig   H16   38     0.086700      1.00800
    39   c3     1   lig   C16   39    -0.091100     12.01000
    40   hc     1   lig   H17   40     0.051367      1.00800
    41   hc     1   lig   H18   41     0.051367      1.00800
    42   hc     1   lig   H19   42     0.051367      1.00800
    43    c     1   lig   C17   43     0.641101     12.01000
    44    o     1   lig    O3   44    -0.552001     16.00000
    45   oh     1   lig    O4   45    -0.606101     16.00000
    46   ho     1   lig   H20   46     0.445000      1.00800
    47   c3     1   lig   C18   47    -0.041100     12.01000
    48   c3     1   lig   C19   48    -0.061700     12.01000
    49   c3     1   lig   C20   49    -0.092100     12.01000
    50   hc     1   lig   H21   50     0.056700      1.00800
    51   hc     1   lig   H22   51     0.039367      1.00800
    52   hc     1   lig   H23   52     0.039367      1.00800
    53   hc     1   lig   H24   53     0.039367      1.00800
    54   c3     1   lig   C21   54    -0.103400     12.01000
    55   hc     1   lig   H25   55     0.075200      1.00800
    56   hc     1   lig   H26   56     0.075200      1.00800
    57   hc     1   lig   H27   57     0.052700      1.00800
    58   hc     1   lig   H28   58     0.052700      1.00800

    59    n     1   lig    N2   59    -0.535901     14.01000 ; qtot -0.514
    60   hn     1   lig   H29   60     0.355500      1.00800 ; qtot -0.158
    61   c3     1   lig   C22   61     0.038700     12.01000 ; qtot -0.120
    62   h1     1   lig   H30   62     0.087700      1.00800 ; qtot -0.032
    63   c3     1   lig   C23   63     0.137100     12.01000 ; qtot 0.105
    64   h1     1   lig   H31   64     0.068700      1.00800 ; qtot 0.174
    65   c3     1   lig   C24   65    -0.133100     12.01000 ; qtot 0.041
    66   hc     1   lig   H32   66     0.052367      1.00800 ; qtot 0.093
    67   hc     1   lig   H33   67     0.052367      1.00800 ; qtot 0.145
    68   hc     1   lig   H34   68     0.052367      1.00800 ; qtot 0.198
    69   oh     1   lig    O5   69    -0.609801     16.00000 ; qtot -0.412
    70   ho     1   lig   H35   70     0.410000      1.00800 ; qtot -0.002
    71    c     1   lig   C25   71     0.645101     12.01000 ; qtot 0.643
    72    o     1   lig    O6   72    -0.623101     16.00000 ; THR qtot 0.020

    73    n     1   lig    N3   73    -0.565901     14.01000 ; qtot -0.546
    74   c3     1   lig   C26   74     0.078300     12.01000 ; qtot -0.468
    75   hn     1   lig   H36   75     0.340500      1.00800 ; qtot -0.127
    76   h1     1   lig   H37   76     0.042367      1.00800 ; qtot -0.085
    77   h1     1   lig   H38   77     0.042367      1.00800 ; qtot -0.042
    78   h1     1   lig   H39   78     0.042367      1.00800 ; NME qtot -0.000

6. 调整编号, 使其与蛋白拓扑中的一致: 2-1_调整top原子编号.js

20XXX最终是要合并到蛋白拓扑中的, 而且我们前面已经在蛋白拓扑中为它预留了位置, 所以其原子编号必须与最终蛋白拓扑中的一致. 此外, 也需要将前后相连残基19PRO, 21THR的原子编号调整至与蛋白拓扑中的一致, 方便后面添加成键项.

回顾前面的数字, 蛋白拓扑中19PRO的原子编号从273开始, 而LIG中的则从7开始, 所以我们再次使用脚本2-1_调整top原子编号.js, 设定7:999:273, 这样就得到了调整编号后的LIG拓扑.

[ atoms ]
;   nr  type  resi  res  atom  cgnr     charge      mass       ; qtot   bond_type
     1     c     1   lig     C    1     0.654097     12.01000 ; qtot 0.654
     2     o     1   lig     O    2    -0.588101     16.00000 ; qtot 0.066
     3    c3     1   lig    C1    3    -0.175100     12.01000 ; qtot -0.109
     4    hc     1   lig     H    4     0.072700      1.00800 ; qtot -0.036
     5    hc     1   lig    H1    5     0.072700      1.00800 ; qtot 0.036
     6    hc     1   lig    H2    6     0.072700      1.00800 ; ACE qtot 0.109

   273     n     1   lig     N    7    -0.475800     14.01000 ; qtot -0.367
   274    c3     1   lig    C2    8     0.078000     12.01000 ; qtot -0.289
   275    h1     1   lig    H3    9     0.062700      1.00800 ; qtot -0.226
   276    h1     1   lig    H4   10     0.062700      1.00800 ; qtot -0.163
   277    c3     1   lig    C3   11    -0.099400     12.01000 ; qtot -0.263
   278    hc     1   lig    H5   12     0.058200      1.00800 ; qtot -0.205
   279    hc     1   lig    H6   13     0.058200      1.00800 ; qtot -0.146
   280    c3     1   lig    C4   14    -0.090400     12.01000 ; qtot -0.237
   281    hc     1   lig    H7   15     0.067200      1.00800 ; qtot -0.170
   282    hc     1   lig    H8   16     0.067200      1.00800 ; qtot -0.102
   283    c3     1   lig    C5   17     0.025700     12.01000 ; qtot -0.077
   284    h1     1   lig    H9   18     0.088700      1.00800 ; qtot 0.012
   285     c     1   lig    C6   19     0.656101     12.01000 ; qtot 0.668
   286     o     1   lig    O1   20    -0.624101     16.00000 ; PRO qtot 0.044

   287     n     1   lig    N1   21    -0.50790     14.01000
   288    hn     1   lig   H10   22     0.328500      1.00800
   289    c3     1   lig    C7   23     0.050700     12.01000
   290    h1     1   lig   H11   24     0.088700      1.00800
   291     c     1   lig    C8   25     0.6181       12.01000
   292     o     1   lig    O2   26    -0.639101     16.00000
   293    ca     1   lig    C9   27    -0.129000     12.01000
   294    ca     1   lig   C10   28    -0.112000     12.01000
   295    ca     1   lig   C11   29    -0.095300     12.01000
   296    ca     1   lig   C12   30    -0.112000     12.01000
   297    ca     1   lig   C13   31    -0.129000     12.01000
   298    ca     1   lig   C14   32    -0.069300     12.01000
   299    ha     1   lig   H12   33     0.133000      1.00800
   300    ha     1   lig   H13   34     0.144000      1.00800
   301    ha     1   lig   H14   35     0.144000      1.00800
   302    ha     1   lig   H15   36     0.133000      1.00800
   303    c3     1   lig   C15   37    -0.056400     12.01000
   304    hc     1   lig   H16   38     0.086700      1.00800
   305    c3     1   lig   C16   39    -0.091100     12.01000
   306    hc     1   lig   H17   40     0.051367      1.00800
   307    hc     1   lig   H18   41     0.051367      1.00800
   308    hc     1   lig   H19   42     0.051367      1.00800
   309     c     1   lig   C17   43     0.641101     12.01000
   310     o     1   lig    O3   44    -0.552001     16.00000
   311    oh     1   lig    O4   45    -0.606101     16.00000
   312    ho     1   lig   H20   46     0.445000      1.00800
   313    c3     1   lig   C18   47    -0.041100     12.01000
   314    c3     1   lig   C19   48    -0.061700     12.01000
   315    c3     1   lig   C20   49    -0.092100     12.01000
   316    hc     1   lig   H21   50     0.056700      1.00800
   317    hc     1   lig   H22   51     0.039367      1.00800
   318    hc     1   lig   H23   52     0.039367      1.00800
   319    hc     1   lig   H24   53     0.039367      1.00800
   320    c3     1   lig   C21   54    -0.103400     12.01000
   321    hc     1   lig   H25   55     0.075200      1.00800
   322    hc     1   lig   H26   56     0.075200      1.00800
   323    hc     1   lig   H27   57     0.052700      1.00800
   324    hc     1   lig   H28   58     0.052700      1.00800

   325     n     1   lig    N2   59    -0.535901     14.01000 ; qtot -0.514
   326    hn     1   lig   H29   60     0.355500      1.00800 ; qtot -0.158
   327    c3     1   lig   C22   61     0.038700     12.01000 ; qtot -0.120
   328    h1     1   lig   H30   62     0.087700      1.00800 ; qtot -0.032
   329    c3     1   lig   C23   63     0.137100     12.01000 ; qtot 0.105
   330    h1     1   lig   H31   64     0.068700      1.00800 ; qtot 0.174
   331    c3     1   lig   C24   65    -0.133100     12.01000 ; qtot 0.041
   332    hc     1   lig   H32   66     0.052367      1.00800 ; qtot 0.093
   333    hc     1   lig   H33   67     0.052367      1.00800 ; qtot 0.145
   334    hc     1   lig   H34   68     0.052367      1.00800 ; qtot 0.198
   335    oh     1   lig    O5   69    -0.609801     16.00000 ; qtot -0.412
   336    ho     1   lig   H35   70     0.410000      1.00800 ; qtot -0.002
   337     c     1   lig   C25   71     0.645101     12.01000 ; qtot 0.643
   338     o     1   lig    O6   72    -0.623101     16.00000 ; THR qtot 0.020

   339     n     1   lig    N3   73    -0.565901     14.01000 ; qtot -0.546
   340    c3     1   lig   C26   74     0.078300     12.01000 ; qtot -0.468
   341    hn     1   lig   H36   75     0.340500      1.00800 ; qtot -0.127
   342    h1     1   lig   H37   76     0.042367      1.00800 ; qtot -0.085
   343    h1     1   lig   H38   77     0.042367      1.00800 ; qtot -0.042
   344    h1     1   lig   H39   78     0.042367      1.00800 ; NME qtot -0.000

7. 抽取非标准残基的原子及其参与的成键项: 2-3_保留top原子.js

20XXX合并到蛋白拓扑中时, 需要其自身原子, 自身原子间的成键项, 自身原子与19PRO, 21THR的成键项, 由于这些成键项在LIG的拓扑中都是存在的, 所以我们可以直接抽取出来使用. 这也是我们前面创建LIG拓扑时使用19PRO, 21THR的原因.

使用步骤6中调整好编号的拓扑, 启动脚本2-3_保留top原子.js, 保留287:324

这样就得到了所需的原子及其成键项.

注意: 这一步骤在先前的教程中是通过两步完成的: 先添加需要的成键项获得20XXX与前后残基的成键项, 再删除不属于20XXX的原子获得其自身原子及其成键项. 这种方法可行, 但稍麻烦些.

8. 合并所有非标准残基拓扑到蛋白拓扑

将步骤7所得拓扑[ atoms ]部分复制粘贴到蛋白拓扑的对应位置, 完成最终蛋白拓扑的[ atoms ]部分.

将步骤7所得的成键项, 复制粘贴到蛋白拓扑的相应位置, 完成最终蛋白拓扑的成键部分.

9. 测试所得拓扑

使用得到的拓扑进行短时间的模拟, 确认不存在问题.

由于蛋白中添加了非标准残基, 所以进行位置限制动力学时, 非标准残基原子也要限制. 此外, 设置温度耦合组时要注意将非标准残基包含在蛋白组中.

几点说明

就这些吧. 完了.

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