GROMACS各类程序(名称排序)

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• gmx anadock: 根据Autodock运行计算团簇结构(翻译: 白艳艳)
• gmx anaeig: 分析简正模式(翻译: 李继存)
• gmx analyze: 分析数据集(翻译: 李昊)
• gmx angle: 计算键角和二面角的分布及相关(翻译: 陈辰)
  • 已知问题
• gmx bar: 利用Bennett接受比率方法计算自由能差的估计值(翻译: 陈珂)
• gmx bundle: 分析轴束, 例如螺旋(翻译: 王燕)
• gmx check: 检查并比较文件(翻译: 冯佳伟)
• gmx chi: 计算chi和其他二面角的所有信息(翻译: 黄炎)
  • 已知问题
• gmx cluster: 对结构进行团簇分析(翻译: 姚闯)
• gmx clustsize: 计算原子团簇的尺寸分布(翻译: 康文斌)
• gmx confrms: 叠合两个结构并计算RMSD(翻译: 李耀)
• gmx convert-tpr: 生成修改的运行输出文件(翻译: 王卓亚)
• gmx covar: 计算并对角化协方差矩阵(翻译: 王浩博)
• gmx current: 计算介电常数和电流自相关函数(翻译: 刘恒江)
• gmx density: 计算体系的密度(翻译: 阮洋)
  • 已知问题
  • 补充说明
• gmx densmap: 计算二维的平面或轴径向密度映射图(翻译: 姚闯)
  • 补充说明
• gmx densorder: 计算表面涨落(翻译: 李卫星)
• gmx dielectric: 计算频率相关的介电常数(翻译: 白艳艳)
• gmx dipoles: 计算总偶极及其涨落(翻译: 曹锟)
• gmx disre: 分析距离限制(翻译: 严立京)
• gmx distance: 计算两个位置之间的距离(翻译: 姚闯)
  • 补充说明
• gmx do_dssp: 指定二级结构并计算溶剂可及表面积(翻译: 杨旭云)
• gmx dos: 分析态密度及相关性质(翻译: 韩广超)
  • 已知问题
• gmx dump: 生成人类可读的二进制文件(翻译: 黄丽红)
  • 已知问题：
• gmx dyecoupl: 从轨迹中抽取染料动力学(翻译: 李继存)
• gmx dyndom: 结构旋转的内插和外推(翻译: 李耀)
• gmx editconf: 编辑模拟盒子以及转换和操控结构文件(翻译: 严立京)
  • 已知问题
  • 补充说明
• gmx eneconv: 转换能量文件(翻译: 李继存)
  • 已知问题
  • 补充说明
• gmx enemat: 从能量文件中提取能量矩阵(翻译: 赵丙春)
• gmx energy: 将能量写入xvg文件并显示平均值(翻译: 姚闯)
  • 补充说明
• gmx filter: 轨迹频率滤波, 用于制作平滑的动画(翻译: 李继存)
• gmx freevolume: 计算自由体积(翻译: 姜山)
• gmx gangle: 计算角度(翻译: 杨宇)
• gmx genconf: 增加”随机”取向的构象(翻译: 李卫星)
  • 已知问题
• gmx genion: 在能量有利位置加入单原子离子(翻译: 李继存)
  • 已知问题
  • 补充说明
  • 使用范例
• gmx genrestr: 生成索引组的位置限制或距离限制(翻译: 廖华东)
• gmx grompp: 生成运行输入文件(翻译: 杨旭云)
• gmx gyrate: 计算蛋白质的回旋半径(翻译: 黄丽红)
  • 补充说明
• gmx h2order: 计算水分子的取向(翻译: 嘉晔, 严立京)
  • 已知问题
• gmx hbond: 计算分析氢键(翻译: 杨旭云)
  • 已知问题
  • 补充说明
• gmx helix: 计算α螺旋结构的基本性质(翻译: 李卫星)
• gmx helixorient: 计算螺旋内的局部螺距/弯曲/旋转/取向(翻译: 陈辰)
• gmx help - 打印帮助信息
• gmx hydorder: 计算给定原子周围的四面体参数(翻译: 王浩博)
• gmx insert-molecules: 将分子插入已有空位(翻译: 刘恒江)
  • 已知问题
  • 补充说明
• gmx lie: 根据线性组合估计自由能(翻译: 王燕)
• gmx make_edi: 生成主成分动力学抽样的输入文件(翻译: 严立京)
• gmx make_ndx: 制作索引文件(翻译: 刘恒江)
  • 补充说明
• gmx mdmat: 计算残基接触映射图(翻译: 陈辰)
• gmx mdrun: 执行模拟, 简正分析或能量最小化(翻译: 王浩博)
• gmx mindist: 计算两组间的最小距离(翻译: 王燕)
• gmx mk_angndx: 生成用于gmx angle的索引文件(翻译: 白艳艳)
• gmx morph: 构象间的线性内插(翻译: 杨宇)
• gmx msd: 计算均方位移(翻译: 赵丙春)
• gmx nmeig: 对角化简正模式分析的Hessian矩阵(翻译: 杨旭云)
• gmx nmens: 根据简正模式生成结构系综(翻译: 杨宇)
• gmx nmtraj: 根据本征向量生成虚拟振荡轨迹(翻译: 王卓亚)
• gmx order: 计算碳末端每个原子的序参量(翻译: 张爱)
• gmx pdb2gmx: 将PDB坐标文件转换为拓扑文件和力场兼容的坐标文件(翻译: 冯佳伟)
• gmx pme_error: 根据给定的输入文件估计使用PME的误差(翻译: 张爱)
• gmx polystat: 计算聚合物的静态性质(翻译: 杜星)
• gmx potential: 计算盒子内的静电势(翻译: 陈珂)
  • 已知问题
• gmx principal: 计算一组原子的惯性主轴(翻译: 李继存)
• gmx protonate: 结构质子化(翻译: 杜星)
  • 已知问题
• gmx rama:计算Ramachandran拉式构象图(翻译: 杜星)
  • 补充说明
• gmx rdf: 计算径向分布函数(翻译: 严立京)
• gmx rms: 计算与参考结构之间的RMSD及其矩阵(翻译: 王育伟)
• gmx rmsdist: 计算-2, -3或-6次平均的原子对距离(翻译: 冯佳伟)
• gmx rmsf: 计算原子涨落(翻译: 杨旭云)
• gmx rotacf: 计算分子的转动相关函数(翻译: 韩广超)
• gmx rotmat: 计算叠合到参考结构的旋转矩阵(翻译: 李继存)
• gmx saltbr: 计算盐桥(翻译: 罗健)
• gmx sans: 计算小角中子散射谱(翻译: 李耀)
• gmx sasa: 计算溶剂可及表面积(翻译: 白艳艳)
  • 补充说明
• gmx saxs: 计算小角X射线散射谱(翻译: 李继存)
• gmx select: 打印选区的通用信息(翻译: 陈珂)
• gmx sham: 根据直方图计算自由能或其他直方图(翻译: 李卫星)
• gmx sigeps: 将C6/12或C6/Cn组合转换为sigma/epsilon组合, 或反过来 (翻译: 韩广超)
• gmx solvate: 体系溶剂化(翻译: 刘恒江)
  • 已知问题
  • 补充说明
  • 使用范例
• gmx sorient: 分析溶质周围的溶剂取向(翻译: 李继存)
  • 补充说明
• gmx spatial: 计算空间分布函数(翻译: 刘建川)
  • 补充说明
• gmx spol: 分析溶质周围溶剂的偶极取向及极化(翻译: 李继存)
• gmx tcaf: 计算液体的粘度(翻译: 肖慧芳)
• gmx traj: 输出轨迹文件中的坐标x, 速度v, 力f, 盒子, 温度和转动能(翻译: 康文斌)
• gmx trjcat: 连接轨迹文件(翻译: 李继存)
• gmx trjconv: 转换和操控轨迹文件(翻译: 黄灏)
  • 补充说明
• gmx trjorder: 根据到参考组原子的距离对分子排序(翻译: 李培春)
• gmx tune_pme: 计算mdrun的运行时间与PME进程数的关系以优化设置(翻译: 嘉晔)
  • 补充说明(吕康杰)
• gmx vanhove: 计算Van Hove位移及相关函数(翻译: 刘恒江)
• gmx velacc: 计算速度自相关函数(翻译: 刘建川)
• gmx view: 在X-Windows终端显示轨迹(翻译: 杨旭云)
  • 已知问题
• gmx wham: 伞形抽样后进行加权直方分析(翻译: 陈珂)
• gmx wheel: 绘制螺旋轮图(翻译: 李继存)
• gmx x2top: 根据坐标生成原始拓扑文件(翻译: 阮洋)
  • 已知问题
  • 补充说明
• gmx xpm2ps: 将XPM(XPixelMap)矩阵转换为postscript或XPM(翻译: 黄丽红)
  • 补充说明

gmx anadock: 根据Autodock运行计算团簇结构(翻译: 白艳艳)

gmx anadock [-f [<.pdb>]] [-od [<.xvg>]] [-of [<.xvg>]] [-g [<.log>]]
			[-nice ] [-xvg ] [-[no]free] [-[no]rms]
			[-cutoff ]

gmx anadock基于距离或RMSD对分子对接(docking)软件Autodock的计算结果进行分析, 并将结构划分成团簇. 程序会分析对接能和自由能, 并打印每个团簇的能量统计情况.

另一个可采用的方法是先使用gmx cluster将结构划分为团簇, 然后按照最低能量或最低平均能量对这些团簇进行排序.

gmx anaeig: 分析简正模式(翻译: 李继存)

gmx anaeig [-v [<.trr/.cpt/...>]] [-v2 [<.trr/.cpt/...>]]
		   [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		   [-eig [<.xvg>]] [-eig2 [<.xvg>]] [-comp [<.xvg>]] [-rmsf [<.xvg>]]
		   [-proj [<.xvg>]] [-2d [<.xvg>]] [-3d [<.gro/.g96/...>]]
		   [-filt [<.xtc/.trr/...>]] [-extr [<.xtc/.trr/...>]]
		   [-over [<.xvg>]] [-inpr [<.xpm>]] [-nice ] [-b ]
		   [-e ] [-dt ] [-tu ] [-[no]w] [-xvg ]
		   [-first ] [-last ] [-skip ] [-max ]
		   [-nframes ] [-[no]split] [-[no]entropy] [-temp ]
		   [-nevskip ]

gmx anaeig用于分析特征向量. 特征向量可以来自协方差矩阵(gmx covar)或简正模式分析(gmx nmeig).

当将一条轨迹投影到特征向量上时, 如果特征向量文件中存在结构, 会将所有结构叠合到特征向量文件中的结构, 否则, 会叠合到结构文件中的结构. 如果没有提供运行输入文件, 程序不会考虑周期性. 程序会对从-first到-last的几个特征向量进行大部分分析, 但当-first设置为-1时, 程序会提示你选择要分析的特征向量.

几个选项的说明:

• -comp: 对从-first到-last的特征向量, 给出其每个原子的向量分量
• -rmsf: 对从-first到-last的特征向量, 给出其每个原子的RMS涨落(需要-eig)
• -proj: 计算一条轨迹在从-first到-last的特征向量上的投影. 轨迹在其协方差矩阵特征向量上的投影称为主成分(pc, principal components). 检查主成分的余弦含量通常会有帮助, 因为随机扩散的主成分为周期数为主成分数一半的余弦. 可使用gmx analyze计算主成分的余弦含量.
• -2d: 计算一条轨迹在从-first到-last的特征向量上的2d投影
• -3d: 计算一条轨迹在从-first到-last的特征向量上的3d投影
• -filt: 对轨迹进行滤波, 只显示沿从-first到-last特征向量的运动
• -extr: 计算沿一条轨迹在平均结构上的两个极值投影, 并在它们之间插值-nframe帧, 或使用-max设定你自己的极值数. 会输出特征向量-first, 除非明确指定了-first和-last的值, 在那种情况下, 所有特征向量会写入单独的文件. 当输出.pdb文件时, 若含有两个或三个结构, 会添加链标识(你可以使用rasmol -nmrpdb来查看这样的.pdb文件).

协方差分析的重叠计算:

注意: 分析时应使用相同的叠合结构

• -over: 计算文件-v2中的特征向量与文件-v中从-first到-last的特征向量之间的子空间重叠.
• -inpr: 计算文件-v和-v2中的特征向量间的内积矩阵. 会使用两个文件中的所有特征向量, 除非明确指定了-first和-last.

当给出了-v, -eig, -v2和-eig2时, 会给出表征协方差矩阵之间重叠的一个数值, 其计算公式为:

差异 difference = sqrt(tr((sqrt(M1) - sqrt(M2))^2))

归一化重叠 normalized overlap = 1 - difference/sqrt(tr(M1) + tr(M2))

形状重叠 shape overlap = 1 - sqrt(tr((sqrt(M1/tr(M1)) - sqrt(M2/tr(M2)))^2))

其中M1和M2为两个协方差矩阵, tr为矩阵的迹. 给出的数值正比于涨落平方根的重叠. 归一化的重叠是最有用的数字, 对全等矩阵其值为1, 当抽样子空间正交时, 其值为零.

当给定-entropy选项时, 会依据准简谐近似以及Schlitter公式给出熵估计.

gmx analyze: 分析数据集(翻译: 李昊)

gmx analyze [-f [<.xvg>]] [-ac [<.xvg>]] [-msd [<.xvg>]] [-cc [<.xvg>]]
			[-dist [<.xvg>]] [-av [<.xvg>]] [-ee [<.xvg>]] [-bal [<.xvg>]]
			[-g [<.log>]] [-nice ] [-[no]w] [-xvg ] [-[no]time]
			[-b ] [-e ] [-n ] [-[no]d] [-bw ]
			[-errbar ] [-[no]integrate] [-aver_start ]
			[-[no]xydy] [-[no]regression] [-[no]luzar] [-temp ]
			[-fitstart ] [-fitend ] [-smooth ]
			[-filter ] [-[no]power] [-[no]subav] [-[no]oneacf]
			[-acflen ] [-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ]
			[-beginfit ] [-endfit ]

gmx analyze可以读取一个ASCII文本文件并对其中的数据集进行分析. 输入文件中每行的第一个数据可以为时间(见-time选项), 后面跟着任意数目的y值. 程序也可以读入多个数据集, 各个数据集之间以&分割(-n选项). 在这种情况下, 对每一行, 程序只会读入一个y值. 程序会忽略所有以#和@开始的行. 所有的分析方法都可用于数据集的导数(-d选项).

除-av和-power外, 所有选项都假定数据点之间的时间间隔是相等的.

gmx analyze总会给出各数据集的平均值和标准偏差, 以及来自具有相同标准偏差的高斯分布的三阶和四阶累积量的相对偏差.

选项-ac计算自相关函数. 请确保数据点之间的时间间隔远远小于自相关的时间尺度.

选项-cc给出数据集 $i$ 与周期为 $i/2$ 的余弦函数的相似性, 公式为:

这可用于由协方差分析得到的主成分, 因为随机扩散的主成分是单纯的余弦.

选项-msd计算均方位移.

选项-dist计算分布图.

选项-av计算数据集的平均值. 可以使用-errbar选项得到平均值的误差. 误差可代表标准偏差, 误差(假定点是独立的), 或通过弃去顶部和底部5%的点而包含90%的点的区间.

选项-ee使用块平均估计误差. 数据集被分成几块, 并计算每块的平均值. 总平均值的误差由 $m$ 个块平均值 $B_i$ 的方差进行计算:

程序会给出误差随块数的变化关系. 假定自相关是两个指数函数的加和, 程序还会给出解析的块平均值曲线. 块平均值的解析曲线为:

其中 $T$ 为总时间, $\a$, $\t_1$ 和 $\t_2$ 通过将 $error^2$ 拟合为 $f^2(t)$ 得到. 当实际的块平均值与解析曲线十分接近时, 误差为 $\s \sqrt{2/T (a \t_1 + (1-a) \t_2)}$. 完整的推导见B. Hess, J. Chem. Phys. 116:209-217, 2002.

选项-bal通过多指数拟合发现并减去来自于氢键自相关函数的超快”弹道”分量, 具体请参考O. Markovitch, J. Chem. Phys. 129:084505, 2008. 最快项对应于具有最大负系数的指数项. 或者使用-d选项时, 最快项对应于0时刻具有最负的时间导数的项. -nbalexp设定用于拟合的指数函数的数目.

选项-gem根据可逆成对重组模型拟合氢键自相关函数的双分子速率常数ka和kb(以及可选的kD). 强烈建议先去除弹道分量. 模型的细节见O. Markovitch, J. Chem. Phys. 129:084505, 2008.

选项-filter打印每个数据集和所有数据集相对于滤波器平均值的RMS高频涨落. 滤波器正比于 $\cos(\p t/len)$, 其中 $t$ 从 $-len/2$ 到 $len/2$. $len$ 由-filter选项提供. 此滤波器可以将周期为 $len/2$ 和 $len$ 的振动分别降低为原来的79%和33%.

选项-g使用选项-fitfn给出的函数对数据进行拟合.

选项-power使用 $b t^a$ 对数据进行拟合, 这是通过在双对数尺度下进行 $at+b$ 拟合来完成的. 拟合时, 第一个零之后或值为负的所有点都被忽略.

选项-luzar对gmx hbond的输出进行Luzar-Chandler动力学分析. 输入文件可直接来自gmx hbond -ac, 并应得到相同的结果.

gmx angle: 计算键角和二面角的分布及相关(翻译: 陈辰)

gmx angle [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]] [-od [<.xvg>]] [-ov [<.xvg>]]
		  [-of [<.xvg>]] [-ot [<.xvg>]] [-oh [<.xvg>]] [-oc [<.xvg>]]
		  [-or [<.trr>]] [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ]
		  [-[no]w] [-xvg ] [-type ] [-[no]all] [-binwidth ]
		  [-[no]periodic] [-[no]chandler] [-[no]avercorr] [-acflen ]
		  [-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ] [-beginfit ]
		  [-endfit ]

gmx angle用于计算一些键角或二面角的角度分布.

利用-ov选项, 可以得到一组键角的平均值随时间的变化关系图. 使用-all选项时, 第一幅图为平均键角, 其他则为单个键角. 例如, 如果我们选择几个不同的原子组合来计算其角度

75    76   1145
75    76   1147
222  223   1145

则默认输出文件angaver.xvg中共包含4列数据, 首列为3个角度平均值, 之后每列为每个角度值.

利用-of选项, gmx angle也会计算反式二面角的比例(仅适用于二面角)与时间的函数关系, 但这可能只适用于少量的二面角.

利用-oc选项, 可计算二面角的相关函数.

需要注意, 对键角, 在索引文件中必须包含原子三元组, 对二面角则必须包含原子四元组. 否则, 程序会崩溃.

利用-or选项, 可生成包含所选二面角sin和cos函数值的轨迹文件. 当利用gmx covar进行主成分分析时, 此轨迹文件可作为输入.

利用-ot选项, 可以记录多重度为3的二面角旋转异构体之间的转变. 假定输入轨迹各帧之间的时间间隔相等, 可利用-oh选项得到转变间隔时间的直方图.

已知问题

• 对转变进行计数只适用于多重度为3的二面角

gmx bar: 利用Bennett接受比率方法计算自由能差的估计值(翻译: 陈珂)

gmx bar [-f [<.xvg> [...]]] [-g [<.edr> [...]]] [-o [<.xvg>]] [-oi [<.xvg>]]
		[-oh [<.xvg>]] [-nice ] [-[no]w] [-xvg ] [-b ]
		[-e ] [-temp ] [-prec ] [-nbmin ]
		[-nbmax ] [-nbin ] [-[no]extp]

gmx bar通过Bennett接受率方法(BAR, Bennett’s acceptance ratio)估计自由能差值, 也可以自动将由BAR得到的一系列分立自由能进行组合得到自由能估计值.

每个分立的BAR自由能差值依赖于两个不同状态的模拟, 且称为态A和态B, 它们由参数λ控制(见.mdp参数init_lambda). 给定态A, BAR方法可以计算态B相对于态A的哈密顿差的加权平均的比率, 反之亦然. 相对于另一状态的能量差在模拟中必须显式地计算, 可以通过.mdp选项foreign_lambda实现.

输入选项-f需要读入多个dhdl.xvg文件, 支持两种输入文件类型:

• 包含多于一个y值的文件, 其中应包含dH/dλ和Δλ的列. λ的值根据列标题推定: 模拟使用的λ根据dH/dλ列的标题推定, 外部λ值根据Delta H列的标题推定.
• 仅有一个y值的文件. 对这些文件应使用-extp选项, 并假定y值为dH/dλ, 而哈密顿量与λ呈线性关系. 模拟的λ值根据子标题(如果存在)推定, 否则会根据子目录下文件名中的数字推定.

模拟的λ值根据dhdl.xvg文件中包含字符串dH的列标题解析得出, 外部λ值根据包含大写字母D和H的列标题解析得出, 温度根据包含T=的标题解析得出.

输入选项-g需要读入多个.edr文件, 它们可以包含能量差列表(见.mdp选项separate_dhdl_file), 或者一系列直方图(见.mdp选项dh_hist_size和dh_hist_spacing). 程序会自动从ener.edr文件中推断出温度和λ值.

除了.mdp的foreign_lambda选项外, 也可以根据dH/dλ值外推得到能量差. 这可通过-extp选项实现, 它假定系统的哈密顿量与λ呈线性关系, 虽然通常并非如此.

自由能估计由使用二分法的BAR方法确定, 输出精度由-prec设定. 误差估计考虑了时间相关, 这是通过将数据分块, 并假定这些分块之间互相独立, 计算它们之间的自由能差来实现的. 最终的误差估计由5个分块的平均方差决定. 用于误差估计的分块数可以通过选项-nbmin和-nbmax来指定.

gmx bar会尝试合计具有相同’本地’和’外部’λ值的样本, 但总会假定样本互相独立. 注意, 当合计具有不同采样间隔的能量差或能量导数时, 这个假定几乎肯定是不正确的. 连续的能量通常是相关的, 不同的时间间隔意味着样本间的相关度不同.

结果分为两部分: 后一部分包含了以kJ/mol为单位的最终结果, 以及每一部分和总体的误差估计. 前一部分包含了详细的自由能差估计和相空间重叠量度, 以kT为单位(以及它们的误差估计). 打印出的值为:

• lam_A: A点的λ值.
• lam_B: B点的λ值.
• DG: 自由能估计.
• s_A: B在A中的相对熵估计.
• s_B: A在B中的相对熵估计.
• stdev: 每个样本标准偏差的估计期望

两个状态在彼此系综内的相对熵可以理解为相空间重叠的量度: lambda_B的工作样本在lambda_A系综内的相对熵s_A(对s_B反之亦然), 是两个状态Boltzmann分布之间’距离’的量度, 当分布相同时, 其值为0. 详见Wu & Kofke, J. Chem. Phys. 123 084109 (2005).

每个样本标准偏差的估计期望, 见Bennett BAR方法的原始论文 Bennett, J. Comp. Phys. 22, p 245 (1976). 其中的Eq. 10给出了采样质量的估计(并非直接的实际统计误差, 因为它假定了样本相互独立).

要得到相空间重叠估计的可视化结果, 可使用-oh选项及-nbin选项输出一系列直方图.

gmx bundle: 分析轴束, 例如螺旋(翻译: 王燕)

gmx bundle [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		   [-ol [<.xvg>]] [-od [<.xvg>]] [-oz [<.xvg>]] [-ot [<.xvg>]]
		   [-otr [<.xvg>]] [-otl [<.xvg>]] [-ok [<.xvg>]] [-okr [<.xvg>]]
		   [-okl [<.xvg>]] [-oa [<.pdb>]] [-nice ] [-b ]
		   [-e ] [-dt ] [-tu ] [-xvg ] [-na ]
		   [-[no]z]

gmx bundle用于分析轴束, 例如螺旋轴. 程序读入两个索引组, 把它们分成-na个部分. 不同部分的质心确定轴的顶部和底部. 以下几个量会写入输出文件中: 轴的长度, 轴中点相对于所有轴的平均中点的距离和Z方向的偏移量, 轴相对于平均轴的总倾斜, 径向倾斜, 侧向倾斜.

使用选项-ok, -okr和-okl可输出轴的总扭结, 径向扭结和侧向扭结. 这种情况下还需要定义扭结原子的索引组, 它也会被分为-na个部分. 扭结角定义为扭结顶部和扭结底部矢量间的夹角.

使用选项-oa时, 每帧中每个轴的顶点, 中点(或扭结, 若指定了-ok), 最低点会写入一个.pdb文件, 残基编号对应于轴的编号. 当使用Rasmol查看这个文件时, 指定命令行选项-nmrpdb, 并输入set axis true来显示参考轴.

gmx check: 检查并比较文件(翻译: 冯佳伟)

gmx check [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-f2 [<.xtc/.trr/...>]]
		  [-s1 [<.tpr/.tpb/...>]] [-s2 [<.tpr/.tpb/...>]]
		  [-c [<.tpr/.tpb/...>]] [-e [<.edr>]] [-e2 [<.edr>]] [-n [<.ndx>]]
		  [-m [<.tex>]] [-nice ] [-vdwfac ] [-bonlo ]
		  [-bonhi ] [-[no]rmsd] [-tol ] [-abstol ]
		  [-[no]ab] [-lastener ]

gmx check读取一个轨迹文件(.trj, .trr或.xtc), 一个能量文件(.ene或.edr), 或一个索引文件(.ndx), 并输出与其相关的有用信息.

如果指定了-c选项, 程序就会检查文件中是否包含了坐标, 速度和盒子大小. 如果存在坐标, 程序进而会检查原子是不是有近距离的接触(距离小于-vdwfac, 而且没有键相连, 即距离不在-bonlo和-bonhi之间. 注意这几个选项指定的都是与两个原子范德华半径之和的比例). 程序还会检查处于盒子外面的原子(这是经常发生的事情, 并不是什么问题). 如果文件中含有速度, 程序就会根据温度估算出温度.

如果指定了一个索引文件, 程序会对索引文件中的所有索引进行处理, 并给出一个总结.

如果同时给定了轨迹文件和.tpr文件(使用-s1选项), 程序就会检查.tpr文件中定义的键长在轨迹中是否正确. 如果不正确, 那么轨迹文件和.tpr文件可能不匹配, 原因可能出于原子重组或虚拟位点的问题. 所以, 通过这些选项, 你可以快速检查这些问题.

当同时指定-s1和-s2时, 程序还可以对比两个输入文件(.tpr, .tpb或.tpa). 类似的, 程序也可以对比两个轨迹文件(使用-f2选项), 或对比两个能量文件(使用-e2选项).

对于自由能计算, 来自同一运行输入文件A和B两种状态的拓扑, 可以通过-s1和-ab选项进行比较.

指定了-m选项后, 程序会输出一个LaTeX文件, 其中包含了可用于论文方法部分的粗略提纲.

gmx chi: 计算chi和其他二面角的所有信息(翻译: 黄炎)

gmx chi [-s [<.gro/.g96/...>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-o [<.xvg>]]
		[-p [<.pdb>]] [-ss [<.dat>]] [-jc [<.xvg>]] [-corr [<.xvg>]]
		[-g [<.log>]] [-ot [<.xvg>]] [-oh [<.xvg>]] [-rt [<.xvg>]]
		[-cp [<.xvg>]] [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ]
		[-[no]w] [-xvg ] [-r0 ] [-[no]phi] [-[no]psi] [-[no]omega]
		[-[no]rama] [-[no]viol] [-[no]periodic] [-[no]all] [-[no]rad]
		[-[no]shift] [-binwidth ] [-core_rotamer ]
		[-maxchi ] [-[no]normhisto] [-[no]ramomega] [-bfact ]
		[-[no]chi_prod] [-[no]HChi] [-bmax ] [-acflen ]
		[-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ] [-beginfit ]
		[-endfit ]

gmx chi用于计算所有氨基酸骨架和侧链的φ, ψ, ω以及χ二面角. 它也可以计算二面角与时间的函数关系, 以及二面角的直方图分布. 分布(histo-(dihedral) (RESIDUE).xvg)会对每一类型的所有残基进行累计.

如果使用-corr选项, 程序会计算二面角的自相关函数 C(t) = <cos(χ(τ)) cos(χ(τ+t))>. 之所以使用余弦而不是角度自身, 是为了解决周期性的问题(Van der Spoel & Berendsen (1997), Biophys. J. 72, 2032-2041). 程序会将每个残基的每个二面角输出到单独的文件(corr(dihedral) (RESIDUE) (nresnr).xvg)中, 同时还会输出一个包含所有残基信息的文件(-corr选项).

使用-all选项, 程序会将每个残基的角度与时间的函数关系输出到独立的文件(dihedral) (RESIDUE) (nresnr).xvg中. 所用的单位可以是弧度或度.

程序还会输出一个日志文件(-g选项), 其中包含:

• (a) 每种类型残基的数目信息.
• (b) 由Karplus方程得到的NMR ³J 偶合常数.
• (c) 一个表格, 其中包含每个残基的旋转异构体每纳秒内的转变次数, 以及每个二面角的序参数S^2.
• (d) 一个表格, 其中包含每个残基旋转异构体的占据率.

所有的旋转异构体的多重度都视为3, 除平面基团的ω和χ二面角(如芳香化合物, Asp和Asn的χ_2; Glu和Gln的χ_3; 以及Arg的χ_4)外, 它们的多重度为2. “rotamer 0”表示二面角不处于每个旋转异构体的核心区域. 核心区域的宽度可使用-core_rotamer设置.

S^2序参数也会输出到一个.xvg文件(由-o选项指定), 作为可选项, 可将S^2的值作为B因子输出到一个.pdb文件中(由-p选项指定). 每个时间步旋转异构体转变的总数(-ot选项), 每个旋转异构体的转变数(-rt选项)和³J 偶合(-jc选项)也可以写入到.xvg文件中. 注意, 在分析旋转异构体转变时, 假定所提供的轨迹帧之间的时间间隔是相等的.

如果设置了-chi_prod选项(并且-maxchi > 0), 会计算累积旋转异构体, 如1+9(χ_1-1)3(χ_2-1)+(χ_3-1)(如果残基具有三个3重二面角, 并且-maxchi >= 3). 如前所述, 任何二面角如果不处于核心区域内, 旋转异构体取为0. 这些累积旋转异构体的占据率(由旋转异构体0开始)会写入由-cp选项指定的文件中, 如果使用-all选项, 旋转异构体作为时间的函数会写入chiproduct (RESIDUE) (nresnr).xvg文件中, 其占据率会写入histo-chiproduct (RESIDUE) (nresnr).xvg文件.

选项-r可生成作为φ和ψ角函数的平均ω角的等值线图, 也就是使用颜色编码的平均ω角的Ramachandran图.

已知问题

• 产生 非常非常多 的输出文件(数目最多约为蛋白质残基数目的4倍, 如果计算自相关函数会再增加两倍). 通常会有几百个输出文件.
• 使用非标准方式计算φ和ψ二面角, 使用H-N-CA-C计算φ, 而不是使用C(-)-N-CA-C, 使用N-CA-C-O计算ψ, 而不是使用N-CA-C-N(+). 这将导致计算结果与其他工具, 如gmx rama的计算结果不符(通常很小).
• -r0选项不能正常工作.
• 二重旋转异构体会写入chi.log, 如三重一样, 只不过第三个(g(+))的概率总为0.

gmx cluster: 对结构进行团簇分析(翻译: 姚闯)

gmx cluster [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
			[-dm [<.xpm>]] [-om [<.xpm>]] [-o [<.xpm>]] [-g [<.log>]]
			[-dist [<.xvg>]] [-ev [<.xvg>]] [-conv [<.xvg>]] [-sz [<.xvg>]]
			[-tr [<.xpm>]] [-ntr [<.xvg>]] [-clid [<.xvg>]]
			[-cl [<.xtc/.trr/...>]] [-nice ] [-b ] [-e ]
			[-dt ] [-tu ] [-[no]w] [-xvg ] [-[no]dista]
			[-nlevels ] [-cutoff ] [-[no]fit] [-max ]
			[-skip ] [-[no]av] [-wcl ] [-nst ]
			[-rmsmin ] [-method ] [-minstruct ]
			[-[no]binary] [-M ] [-P ] [-seed ] [-niter ]
			[-nrandom ] [-kT ] [-[no]pbc]

gmx cluster可以使用几种不同的方法团簇化结构. 结构之间的距离可由轨迹来确定, 或使用-dm选项从.xpm矩阵文件读取. 结构间的距离可以由叠合后的RMS偏差或原子对距离的RMS偏差来定义.

确定团簇的方法有以下几种:

• single linkage(单连接): 当一个结构到团簇中任何一个原子的距离小于cutoff时, 就将此结构加入到团簇中.
• Jarvis Patrick: 当一个结构和团簇中的一个结构互为近邻结构, 并且至少有P个相同的邻近结构时, 将这个结构加入到团簇中. 一个结构的近邻结构是指距离它最近的M个结构或在cutoff以内的全部结构.
• Monte Carlo(蒙特卡洛): 利用蒙特卡洛方法重新排列RMSD矩阵, 以使帧的排列具有尽可能小的递增顺序. 这样做可以使从一个结构到另一个结构的动画尽量平滑, 并且结构之间的具有最大的可能(例如)RMSD, 但中间步骤应尽可能小. 这种方法可用于显示模拟的平均力势能系综或牵引模拟. 显然, 用户要仔细地准备轨迹文件(例如不能存在叠加的帧). 最终的结果可以通过.xpm矩阵文件进行直观的检查, 此文件从下到上都应该平滑地变化.
• diagonalization(对角化): 对角化RMSD矩阵.
• gromos: 利用Daura等介绍的算法(Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, pp 236-240). 使用截断来数算近邻结构的个数, 把具有最多近邻的结构及其所有近邻作为一个团簇, 并从团簇池中将这个团簇移除. 然后对团簇池中剩下的结构重复以上算法.

当团簇化算法(single linkage, Jarvis Patrick and gromos) 将每个结构都精确地分配到了一个团簇, 并且提供了轨迹文件时, 在每一个团簇中, 相对于其他结构或平均结构或所有结构拥有最小平均距离的结构将被写入到轨迹文件中. 当输出所有结构时, 对每个团簇会使用单独编号的文件.

程序总会给出两个输出文件:

• -o: 输出矩阵左上半区域的RMSD值, 团簇图像的右下半区域. 当-minstruct = 1时, 若两个结构属于同一团簇, 相应的图像点为黑色; 当-minstruct > 1时, 对每一个团簇使用不同的颜色.
• -g: 输出所用选项的信息和所有团簇及其成员的详细列表.

此外, 程序也可以给出多个可选的输出文件:

• -dist: 输出RMSD的分布
• -ev: 输出RMSD矩阵对角化的特征向量
• -sz: 输出团簇的大小
• -tr: 输出两个团簇之间的转变次数矩阵
• -ntr: 输出从/到每个团簇的总转变次数
• -clid: 输出团簇数随时间变化的函数
• -cl: 输出每个团簇的平均(利用-av选项)或中心结构, 或对所选的一组团簇, 将团簇成员输出到带编号的文件(利用-wcl选项, 取决于-nst和-rmsmin选项). 一个团簇的中心是指团簇中与所有其他结构具有最小平均RMSD的结构.

gmx clustsize: 计算原子团簇的尺寸分布(翻译: 康文斌)

gmx clustsize [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr>]] [-n [<.ndx>]]
			  [-o [<.xpm>]] [-ow [<.xpm>]] [-nc [<.xvg>]] [-mc [<.xvg>]]
			  [-ac [<.xvg>]] [-hc [<.xvg>]] [-temp [<.xvg>]] [-mcn [<.ndx>]]
			  [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ] [-tu ]
			  [-[no]w] [-xvg ] [-cut ] [-[no]mol] [-[no]pbc]
			  [-nskip ] [-nlevels ] [-ndf ] [-rgblo ]
			  [-rgbhi ]

gmx clustsize用于计算气相中的分子/原子团簇的尺寸分布. 结果以.xpm格式的文件给出. 总的团簇数目会写入一个.xvg文件中.

当指定-mol选项时, 计算团簇时将以分子为基本单元, 而不是以原子为基本单元, 这样允许对大分子进行团簇化. 在这种情况下, 索引文件中仍然应当包括原子编号, 否则计算会终止并给出SEGV信号.

当轨迹中包含速度时, 程序假定所有粒子都可自由移动, 并将最大团簇的温度输出在一个独立的.xvg文件中. 如果使用了约束, 则需要校正温度. 例如, 使用SHAKE或SETTLE算法模拟水时, 得到的温度是正常温度的1/1.5. 你可以使用-ndf选项来补偿这一点. 请记得计算时去除质心的运动.

使用-mc选项将输出一个索引文件, 其中包含最大团簇的原子编号.

gmx confrms: 叠合两个结构并计算RMSD(翻译: 李耀)

gmx confrms [-f1 [<.tpr/.tpb/...>]] [-f2 [<.gro/.g96/...>]]
			[-o [<.gro/.g96/...>]] [-n1 [<.ndx>]] [-n2 [<.ndx>]]
			[-no [<.ndx>]] [-nice ] [-[no]w] [-[no]one] [-[no]mw]
			[-[no]pbc] [-[no]fit] [-[no]name] [-[no]label] [-[no]bfac]

gmx confrms首先将第二个结构最小二乘叠合到第一个结构, 然后再计算两个结构的均方根偏差(RMSD, root mean square deviation). 两个结构的原子数 不必 相同, 只要用于叠合的两个索引组一样即可. 使用-name选项时, 只对所选组中名称匹配的原子进行叠合和RMSD计算. 当比较蛋白质的突变体时这个功能很有用.

叠合的结构会写入一个文件中. 在这个.pdb文件中, 两个结构会当作独立的模型(使用rasmol –nmrpdb). 使用-bfac选项时, 根据原子的MSD值计算的B因子也会写入这个.pdb文件中.

gmx convert-tpr: 生成修改的运行输出文件(翻译: 王卓亚)

gmx convert-tpr [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-f [<.trr/.cpt/...>]] [-e [<.edr>]]
				[-n [<.ndx>]] [-o [<.tpr/.tpb/...>]] [-nice ]
				[-extend ] [-until ] [-nsteps ] [-time ]
				[-[no]zeroq] [-[no]vel] [-[no]cont] [-init_fep_state ]

gmx convert-tpr可以四种方式来编辑运行输入文件:

1. 修改运行输入文件中的模拟步数, 可使用选项-extend, -until或-nsteps(nsteps=-1表示步数不受限制).
2. (已废弃) 因磁盘已满等原因而导致模拟崩溃时, 产生一个运行输入文件以继续模拟, 或创建一个继续的运行输入文件. 此选项已废弃, 因为mdrun现在可以读写检查点文件. 注意, 运行需要带有坐标和速率的帧. 当使用压力和/或Nose-Hoover温度耦合时, 还需要提供能量文件以得到原始运行的精确继续.
3. 对原始tpx文件一部分创建一个.tpx文件. 当你想从.tpx文件中移除溶剂, 或想产生一个例如只包含C~α~的.tpx文件时, 此功能很有用. 需要注意的是, 你可能需要使用-nsteps -1(或类似的选项). 警告: 此.tpx文件功能不全.
4. 将指定组的电荷设置为零. 当使用LIE(Linear Interaction Energy, 线性相互作用能)方法估算自由能时, 此功能很有用.

gmx covar: 计算并对角化协方差矩阵(翻译: 王浩博)

gmx covar [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		  [-o [<.xvg>]] [-v [<.trr/.cpt/...>]] [-av [<.gro/.g96/...>]]
		  [-l [<.log>]] [-ascii [<.dat>]] [-xpm [<.xpm>]] [-xpma [<.xpm>]]
		  [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ] [-tu ]
		  [-xvg ] [-[no]fit] [-[no]ref] [-[no]mwa] [-last ]
		  [-[no]pbc]

gmx covar用于计算并对角化(质量加权的)协方差矩阵. 所有结构都叠合到结构文件中的结构. 当结构文件不是运行输入文件时, 将不考虑周期性. 如果叠合组与分析组相同, 分析时不使用质量加权, 叠合也不使用质量加权.

本征向量会写入一个轨迹文件(-v). 如果叠合与协方差分析的原子相同, 会首先输出用于叠合的参考结构, 其t=-1. 平均(或参考, 若使用了-ref)结构的t=0, 本征向量会写入不同的帧, 以其本征向量序号为时间戳.

本征向量可使用gmx anaeig分析.

选项-ascii会将整个协方差矩阵写入一个ASCII文件. 元素的顺序为: x1x1, x1y1, x1z1, x1x2, …

选项-xpm会将整个协方差矩阵写入一个.xpm文件.

选项-xpma会将原子的协方差矩阵写入一个. xpm文件, 即, 写入每个原子对xx, yy和zz协方差的总和.

注意, 对角化一个矩阵所需的内存和时间至少会以原子数平方的速度增加, 因此很容易耗尽内存. 在这种情况下, 程序很可能会出现段错误并推出. 你应该仔细考虑数目更少的一组原子是否能满足你的需求, 这样计算成本更低.

gmx current: 计算介电常数和电流自相关函数(翻译: 刘恒江)

gmx current [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]]
			[-o [<.xvg>]] [-caf [<.xvg>]] [-dsp [<.xvg>]] [-md [<.xvg>]]
			[-mj [<.xvg>]] [-mc [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
			[-e ] [-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-sh ]
			[-[no]nojump] [-eps ] [-bfit ] [-efit ]
			[-bvit ] [-evit ] [-tr ] [-temp ]

gmx current可用于计算电流自相关函数, 体系转动偶极矩和平动偶极矩的相关, 以及相关的静态介电常数. 为得到合理的结果, 索引组应当是中性的. 更进一步, 如果给出了速度, 程序也可以根据电流自相关函数计算静态电导率. 此外, 也可以利用Einstein-Helfand拟合得到静态电导率.

-caf选项用于指定电流自相关函数的输出文件, -mc选项用于指定偶极矩转动和平动部分相关的输出文件. 但这些选项只适用于包含速度的轨迹. 选项-sh和-tr对自相关函数进行平均和积分. 由于平均是通过移动轨迹的起始点进行的, 可以利用-sh选项修改移动以便选择不相关的起始点. 当接近终止点时, 统计的不精确度增加, 对自相关函数进行积分只有在某一点之前才能得到合理的值, 数据的可靠性取决于帧数. 选项-tr控制用于计算静态介电常数的积分区域的大小.

选项-temp可以设置计算静态介电常数所需要的温度.

当模拟中使用了反应场或偶极修正Ewald加和(-eps=0对应于圆罐边界条件)时, 选项-eps可以控制周围介质的介电常数.

-[no]nojump选项取消坐标折叠允许自由扩散. 这需要一个连续的平动偶极矩以便进行Einstein-Helfand拟合. 拟合结果可用于确定带电分子体系的介电常数. 然而, 也可以根据折叠坐标的总偶极矩涨落计算介电常数. 但使用此选项时需要小心, 因为只有在非常小的时间跨度内才能满足分子密度近似恒定且平均值收敛的条件. 为保险起见, 计算介电常数时, 应借助Einstein-Helfand方法计算介电常数的平动部分.

gmx density: 计算体系的密度(翻译: 阮洋)

gmx density [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]]
			[-ei [<.dat>]] [-o [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
			[-e ] [-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-d ]
			[-sl ] [-dens ] [-ng ] [-[no]center] [-[no]symm]
			[-[no]relative]

gmx density用于计算盒子中的局部密度, 需要使用索引文件.

对于NPT模拟的总密度, 可以直接使用gmx energy来得到.

选项-center相对任意组中心以绝对盒子坐标进行直方图分格. 如果你想计算沿盒子Z轴的密度剖面, 盒子Z方向的大小为bZ, 如果基于整个体系进行居中, 输出的坐标范围从-bZ/2到bZ/2. 注意, 在GROMACS 5.0中, 这种行为有所改变. 早期的版本中只是在(0, bZ)范围内进行简单的静态分格, 并将输出进行移动. 新版本会计算每一帧的中心并在(-bZ/2,bZ/2)范围内进行分格.

选项-symn使输出结果关于中心对称. 这一选项也会自动打开-center选项. 选项-relative基于盒子的相对坐标而不是绝对坐标进行分格, 然后对输出结果按输出轴方向盒子的平均尺寸进行标定. 这一选项可以与-center结合使用.

密度的单位为kg/m^3^, 同时也可以计算数密度或电子密度. 计算电子密度时, 需要使用选项-ei提供一个文件, 其中包含了每一原子类型的电子数. 文件内容如下所示:

2
atomname = nrelectrons
atomname = nrelectrons

第一行指明了该文件的行数. 体系中每个唯一的原子名称对应于一行. 每个原子的电子数会根据其原子部分电荷进行修改.

对双层体系需要注意的几点

最常见的使用情境之一是计算跨脂质双层的各种原子组的密度, 通常是以Z轴作为法线方向. 对小体系的短时间模拟, 当固定盒子尺寸时, 比较好处理, 但对更一般的情况, 脂质双层可能比较复杂. 第一个问题就是蛋白质和脂质的体积压缩率都很小, 而脂质有非常高的面积压缩率. 这意味即便对完全弛豫好的体系, 在模拟过程中盒子形状(厚度或是面积/脂质)的涨落仍然很大.

因为GROMACS将盒子置于原点和正轴之上, 这也就意味着居于盒子中间的脂质双层由于涨落将会上下移动, 并进而模糊密度剖面. 解决这个问题的最简单方法(如果你要使用压力耦合)就是使用-center选项以计算相对于盒子中心的密度剖面. 注意, 你仍然可以用双层部分居中, 即使你有一个复杂的非对称的脂质双层和膜蛋白体系. 这样输出的数据点在(中心)原点参考位置的某一侧会较多.

因为脂质本身会被压缩和膨胀, 居中计算会导致输出的密度剖面模糊. 即使如此, 在多数情况下你希望得到这样的结果(因为它对应于宏观实验). 但如果你要关注分子细节, 可以使用-relative选项来尝试消除体积涨落带来的影响.

最后, 对不受表面张力影响的大的双层, 在体系中形成”波浪”的地方会表现出起伏涨落. 这是生物体系的基本性质, 如果要和实验做对比, 你可能要包括这种波动模糊效应.

已知问题

• 当计算电子密度时, 使用了原子名称而不是原子类型. 这种做法很不好.

补充说明

gmx density是获取体系或各个组分在盒子内分布密度的一个程序. 一般来说可使用如命令:

gmx density -f *.trr -n *.ndx -s *.tpr -d z -o density.xvg

其中

• -f *.trr指定要分析的轨迹文件
• -n *.ndx指定索引文件, 使用它可以在分析时指定不同的组来分析
• -s *.tpr指定拓扑文件
• -d z指定沿着z轴方向进行分析

如果要指定分析索引组1的密度, 可以使用命令管道:

echo 1 | gmx density -f npt.trr -n system.ndx -s npt.tpr -d z -o density_DRG.xvg

此程序不支持根据残基名称来获取密度, 可通过gmx make_ndx来获取索引组代号再通过命令管道传给gmx density实现.

gmx densmap: 计算二维的平面或轴径向密度映射图(翻译: 姚闯)

gmx densmap [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
			[-od [<.dat>]] [-o [<.xpm>]] [-nice ] [-b ]
			[-e ] [-dt ] [-[no]w] [-bin ] [-aver ]
			[-xmin ] [-xmax ] [-n1 ] [-n2 ]
			[-amax ] [-rmax ] [-[no]mirror] [-[no]sums]
			[-unit ] [-dmin ] [-dmax ]

gmx densmap用于计算2D数密度的映射图. 它可以计算平面和轴径向的密度映射图. 输出的.xpm文件可以利用XV等程序进行可视化, 也可以利用xpm2ps转换为psotscript. 利用-od选项可将数据输出为文本形式的.dat文件, 而不是-o输出的通常.xpm文件.

程序默认计算选定的一组原子在xy平面内的2D数密度映射图. 可以使用-aver选项改变平均方向. 当设定了-xmin和/或-xmax时, 计算时只会考虑平均方向上处于限制范围之内的原子. 使用-bin设置格点间距. 当-n1或-n2取非零值时, 格点尺寸由该选项决定. 计算时考虑了盒子尺寸的涨落.

当设定了-amax和-rmax选项时, 会计算轴径向数密度映射图. 应提供三个组, 前两个组的质心用与定义轴线, 第三个组为要分析组. 轴向范围从-amax至+amax, 中心为两质心的中点, 并且正方向为第一组的质心到第二组的质心. 径向范围从0到rmax. 当指定了-mirror选项时, 径向范围从-rmax至+rmax.

可使用-unit选项对输出进行归一化. 默认给出实际的数密度. 使用-unit nm-2选项忽略对平均值或角方向的归一化处理. 使用-unit count选项可得到每个格点单元的计数值. 如果不想在输出中使用从零到最大密度的标尺, 你可以使用-dmax选项设定最大密度值.

补充说明

• Sobereva, 使用g_densmap得到分子附近二维密度分布图

gmx densorder: 计算表面涨落(翻译: 李卫星)

gmx densorder [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]]
			  [-o [<.dat>]] [-or [<.out> [...]]] [-og [<.xpm> [...]]]
			  [-Spect [<.out> [...]]] [-nice ] [-b ] [-e ]
			  [-dt ] [-[no]w] [-[no]1d] [-bw ] [-bwn ]
			  [-order ] [-axis ] [-method ] [-d1 ]
			  [-d2 ] [-tblock ] [-nlevel ]

gmx densorder利用MD轨迹计算沿着某一方向的双相密度分布, 通过将界面密度拟合为函数的剖面, 可得到二维表面随时间的涨落. 利用-tavg选项可输出界面的时间平均的空间表示.

gmx dielectric: 计算频率相关的介电常数(翻译: 白艳艳)

gmx dielectric [-f [<.xvg>]] [-d [<.xvg>]] [-o [<.xvg>]] [-c [<.xvg>]]
			   [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ] [-[no]w]
			   [-xvg ] [-[no]fft] [-[no]x1] [-eint ] [-bfit ]
			   [-efit ] [-tail ] [-A ] [-tau1 ]
			   [-tau2 ] [-eps0 ] [-epsRF ] [-fix ]
			   [-ffn ] [-nsmooth ]

gmx dielectric可以利用模拟得到的总偶极矩的自相关函数(ACF)计算频率依赖的介电常数. ACF可由gmx dipoles计算得到. 可使用的函数形式如下:

• 单参数: y = exp(-a_1 x)
• 双参数: y = a_2 exp(-a_1 x)
• 三参数: y = a_2 exp(-a_1 x) + (1 - a_2) exp(-a_3 x)

拟合的初始值可以在命令行中指定, 也可以使用-fix和参数编号将需要固定的参数的值固定为初始值.

程序会生成三个输出文件. 第一个文件中包含了ACF, 对ACF使用1, 2, 3个参数的指数拟合, 以及组合的数据/拟合的数值导数. 第二个文件中包含了频率依赖介电常数的实部和虚部. 最后一个文件给出了所谓的Cole-Cole图, 图中虚部是实部的函数. 对于一个纯指数弛豫(也称德拜弛豫), Cole-Cole图应该是个半圆.

gmx dipoles: 计算总偶极及其涨落(翻译: 曹锟)

gmx dipoles [-en [<.edr>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]]
			[-n [<.ndx>]] [-o [<.xvg>]] [-eps [<.xvg>]] [-a [<.xvg>]]
			[-d [<.xvg>]] [-c [<.xvg>]] [-g [<.xvg>]] [-adip [<.xvg>]]
			[-dip3d [<.xvg>]] [-cos [<.xvg>]] [-cmap [<.xpm>]]
			[-slab [<.xvg>]] [-nice ] [-b ] [-e ]
			[-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-mu ] [-mumax ]
			[-epsilonRF ] [-skip ] [-temp ] [-corr ]
			[-[no]pairs] [-[no]quad] [-ncos ] [-axis ]
			[-sl ] [-gkratom ] [-gkratom2 ] [-rcmax ]
			[-[no]phi] [-nlevels ] [-ndegrees ] [-acflen ]
			[-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ] [-beginfit ]
			[-endfit ]

gmx dipoles用于计算模拟体系的总偶极及其涨落. 利用这些数据, 你可以计算其他一些性质, 如低介电介质的介电常数. 对于具有净电荷的分子, 会在分子质心处减去分子的净电荷.

而且, 如果使用了-corr选项, 程序会计算偶极的自相关函数, 输出文件的名字可通过-c选项来指定. 相关函数可以对所有分子进行平均, 独立地绘制每个分子(molsep)的分布, 或计算模拟盒子的总偶极矩(total).

选项-g可以给出依赖距离的Kirkwood G因子, 以及偶极夹角余弦平均值与距离的函数关系. 图中包括了gOO和hOO, 请参考Nymand & Linse, J. Chem. Phys. 112 (2000) pp 6386-6395. 在同一图中, 还包括了每一尺度的能量, 它是偶极矩内积与距离三次方的商.

示例: gmx dipoles -corr mol -P 1 -o dip_sqr -mu 2.273 -mumax 5.0

上面的命令将计算分子偶极矩的自相关函数, 计算时使用了偶极矩向量与其t时刻后的值之间的夹角的一阶Legendre多项式. 此计算将会使用1001帧. 更进一步, 可以计算-epsilonRF无穷大(默认), 温度300 K(默认), 分子平均偶极矩2.273(SPC)条件下的介电常数. 对分布函数, 其最大值被设定为5.0.

gmx disre: 分析距离限制(翻译: 严立京)

gmx disre [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-ds [<.xvg>]]
		  [-da [<.xvg>]] [-dn [<.xvg>]] [-dm [<.xvg>]] [-dr [<.xvg>]]
		  [-l [<.log>]] [-n [<.ndx>]] [-q [<.pdb>]] [-c [<.ndx>]]
		  [-x [<.xpm>]] [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ]
		  [-[no]w] [-xvg ] [-ntop ] [-maxdr ]
		  [-nlevels ] [-[no]third]

gmx disre计算距离限制的方差. 如果需要, 可以使用gmx protonate程序将所有的质子添加到蛋白质分子中.

gmx disre总是计算瞬时方差而不是时间平均的方差, 因为分析是根据轨迹文件进行的, 使用时间平均没有意义. 尽管如此, 每个限制的时间平均值还是都会输出在日志文件中.

为输出所选的特定限制, 可以使用索引文件.

当给定-q选项时, 会输出.pdb文件, 并使用平均方差对其着色.

当给定-c选项时, 程序将读取一个索引文件, 其中包含了轨迹中与你要分析的团簇(以另一种方式定义)相应的帧. 对这些团簇, 程序将使用三次平均算法来计算平均方差, 并将其输出在日志文件中.

gmx distance: 计算两个位置之间的距离(翻译: 姚闯)

gmx distance [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
			 [-oav [<.xvg>]] [-oall [<.xvg>]] [-oxyz [<.xvg>]] [-oh [<.xvg>]]
			 [-oallstat [<.xvg>]] [-b ] [-e ] [-dt ]
			 [-tu ] [-xvg ] [-[no]rmpbc] [-[no]pbc] [-sf ]
			 [-selrpos ] [-select ] [-len ]
			 [-tol ] [-binw ]

gmx distance计算一对位置间的距离随时间变化的函数. 每个选择指定要计算的一组独立距离. 每个选择应包括位置对, 要计算的, 如位置1-2, 3-4等之间的距离.

-oav记录下每个选择的平均距离随时间变化的函数. -oall记录下所有独立的间距随时间变化的函数; -oxyz也是记录所有独立的间距, 但会记录距离的x, y, z分量而不是距离向量的大小. -oh记录每个选择的距离的直方图, 直方图的位置由-len和–tol来进行设置, 分格的宽度由-binw设置. -oallstat记录下所有帧的每个单独距离的平均值和标准偏差.

补充说明

可以使用gmx distance提取两个原子间的距离随时间的变化, 需要一个索引文件, 其写法是, 在里面加入两个组, 内容分别是这两个原子序号, 再运行gmx distance -f file.xtc -s file.tpr -n index.ndx会提示选择组, 分别选择那两个组即可. 计算结果输出在dist.xvg文件中, 其中第二列是距离, 后面三列是距离的x/y/z分量.

上述为旧版本说明, 新版本使用方法见GROMACS计算距离的方法及注意点

gmx do_dssp: 指定二级结构并计算溶剂可及表面积(翻译: 杨旭云)

gmx do_dssp [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
			[-ssdump [<.dat>]] [-map [<.map>]] [-o [<.xpm>]] [-sc [<.xvg>]]
			[-a [<.xpm>]] [-ta [<.xvg>]] [-aa [<.xvg>]] [-nice ]
			[-b ] [-e ] [-dt ] [-tu ] [-[no]w]
			[-xvg ] [-sss ] [-ver ]

gmx do_dssp读取轨迹文件, 并调用第三方程序dssp计算每一时间帧蛋白质的二级结构信息. 如果你还没有安装dssp程序, 可以在这里获得: http://swift.cmbi.ru.nl/gv/dssp. gmx do_dssp假定dssp可执行程序的路径为/usr/local/bin/dssp. 如果不是, 那么需要设置环境变量DSSP, 并将其指向dssp可执行程序的路径, 例如setenv DSSP /opt/dssp/bin/dssp. 如果使用bash, 可使用export DSSP='/opt/dssp/bin/dssp', 也可以直接将该变量加到bash的配置文件中.

自2.0.0版本起, dssp的语法不同于之前的版本. 如果你正在使用旧版本的dssp程序, 可用选项-ver指示do_dssp使用旧的语法. 默认情况下, do_dssp使用2.0.0版本引入的语法. 即使更新的版本(编写此文档时尚未发布)也被假定与2.0.0版本使用同样的语法.

程序会将每一残基每一时间帧的二级结构写入一个.xpm矩阵文件. 该文件实际上是一个文本文件, 可以用文本编辑器打开. 文件中用不同字符表示蛋白质每一残基属于何种二级结构, 并随时间变化, 同时定义了每个字符的颜色. 这一文件可使用xv之类的程序可视化, 也可使用xpm2ps转换为PostScript格式, 扩展名为.eps, 这样就可以直接打开或用到Latex文件中. 在.xpm和PostScript文件中, 每个链以浅灰线分割开.

程序可以统计每个二级结构类型的残基数目和总的二级结构类型数(-sss), 并将统计结果随时间的变化写入文件中(-sc). 输出文件中包含了所有不同二级结构的氨基酸残基数目, 可以用xmgrace的-nxy选项打开.

程序可以计算每个残基的溶剂可及表面积(SAS, Solvent Accesible Surface), 包括绝对值(Å^2^)和相对于残基最大可及表面积的比例. 残基的最大可及表面积定义为该残基在甘氨酸链中的可及表面积. 注意, gmx sas程序也可用于计算SAS且更简单高效.

最后, 这个程序可以将二级结构信息转存在一个特殊的文件ssdump.dat中(此文件为文本文件, 里面用字符代表残基的二级结构类型, 如H表示螺旋, B表示折叠等), 以供gmx chi程序使用. 将这两个程序结合起来, 就可以分析残基二面角性质与二级结构类型的关系.

gmx dos: 分析态密度及相关性质(翻译: 韩广超)

gmx dos [-f [<.trr/.cpt/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		[-vacf [<.xvg>]] [-mvacf [<.xvg>]] [-dos [<.xvg>]] [-g [<.log>]]
		[-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ] [-[no]w]
		[-xvg ] [-[no]v] [-[no]recip] [-[no]abs] [-[no]normdos]
		[-T ] [-acflen ] [-[no]normalize] [-P ]
		[-fitfn ] [-beginfit ] [-endfit ]

gmx dos根据模拟计算态密度. 为使计算结果有意义, 必须使用足够高的频率来保存轨迹中的速度, 这样才能包含所有的振动. 对于柔性体系, 保存轨迹的时间间隔大约是几飞秒. 程序会将基于DoS的性质在打印在标准输出.

已知问题

• 此程序运行时需要大量内存: 总使用量等于原子数乘以3乘以帧数再乘以4(或8, 当使用双精度时)

gmx dump: 生成人类可读的二进制文件(翻译: 黄丽红)

gmx dump [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-e [<.edr>]]
		 [-cp [<.cpt>]] [-p [<.top>]] [-mtx [<.mtx>]] [-om [<.mdp>]]
		 [-nice ] [-[no]nr] [-[no]sys]

gmx dump读取一个运行输入文件(.tpa/.tpr/.tpb), 轨迹文件(.trj/.trr/.xtc), 能量文件(.ene/.edr), 或检查点文件(.cpt), 而后将其以可读格式打印到标准输出. 在检查运行输入文件是否有误时, 此程序至关重要.

此程序也能预处理拓扑文件以此帮助发现问题. 注意, 目前定制包含文件搜索目录的唯一方法是设置GMXLIB.

已知问题：

• 来自-sys -s的位置限制输出会中断.

gmx dyecoupl: 从轨迹中抽取染料动力学(翻译: 李继存)

gmx dyecoupl [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]] [-ot [<.xvg>]]
			 [-oe [<.xvg>]] [-o [<.dat>]] [-rhist [<.xvg>]] [-khist [<.xvg>]]
			 [-nice ] [-b ] [-e ] [-tu ] [-[no]w]
			 [-xvg ] [-[no]pbcdist] [-[no]norm] [-bins ]
			 [-R0 ]

gmx dyecoupl用于从轨迹文件中抽取染料动力学. 目前, 可抽取染料分子间的R和kappa^2, 用于假定偶极耦合遵从Foerster方程的(F)RET模拟. 进一步, 程序也可计算R(t)和kappa^2(t), R和kappa^2^的直方图与平均, 以及指定Foerster半径R_0(-R0选项)的瞬时FRET效率E(t). 输入染料分子必须是完整的(参看gmx trjconv的res和mol pbc选项). 染料的转移偶极矩至少要使用一个原子对进行定义, 但也可使用索引文件提供的多个原子对. 距离R基于给定原子对的COM进行计算. -pbcdist选项指定计算到最近周期映象的距离, 而不是盒子内的距离, 但这仅适用于具有3维周期性边界的情况. -norm选项用于(面积)归一化直方图.

gmx dyndom: 结构旋转的内插和外推(翻译: 李耀)

gmx dyndom [-f [<.pdb>]] [-o [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]] [-nice ]
		   [-firstangle ] [-lastangle ] [-nframe ]
		   [-maxangle ] [-trans ] [-head ]
		   [-tail ]

gmx dyndom读取DynDom程序(http://www.cmp.uea.ac.uk/dyndom/)输出的.pdb文件. 它会读取坐标, 旋转轴的坐标以及包含分区的索引文件. 而且, 它把矢量文件的第一个和最后一个原子当作命令行参数(头和尾), 最终得到平移矢量(DynDom的info文件给出)和旋转角度(也当作命令行参数). 如果给出了DynDom确定的角度, 你应该能够恢复用于生成DynDom输出文件的二级结构. 由于数值精度的限制, 需要通过计算所有原子的RMSD(gmx confrms)而不是文件对比(使用diff)来进行确认.

此程序的目的是对DynDom揭示的旋转进行内插和外推. 所以, 可能会产生含有过长或过短键的不现实结构, 或者原子会重叠在一起. 因此, 可能需要查看结构和并进行能量优化以验证结构.

gmx editconf: 编辑模拟盒子以及转换和操控结构文件(翻译: 严立京)

gmx editconf [-f [<.gro/.g96/...>]] [-n [<.ndx>]] [-o [<.gro/.g96/...>]]
			 [-mead [<.pqr>]] [-bf [<.dat>]] [-nice ] [-[no]w]
			 [-[no]ndef] [-bt ] [-box ] [-angles ]
			 [-d ] [-[no]c] [-center ] [-aligncenter ]
			 [-align ] [-translate ] [-rotate ]
			 [-[no]princ] [-scale ] [-density ] [-[no]pbc]
			 [-resnr ] [-[no]grasp] [-rvdw ] [-[no]sig56]
			 [-[no]vdwread] [-[no]atom] [-[no]legend] [-label ]
			 [-[no]conect]

gmx editconf的主要功能是对体系结构进行编辑, 也可以将通用结构格式保存或转换为.gro, .g96或.pdb等其他格式.

在分子动力学模拟中, 通常会给体系添加一个周期性的模拟盒子. gmx editconf有许多控制盒子的选项.

利用选项-box, -d和-angles可以对盒子进行修改. 除非明确使用了-noc选项, -box和-d都可以使体系在盒子内居中.

选项-bt设定盒子类型: triclinic为三斜盒子, cubic为所有边长都相等的长方体盒子(即立方体盒子), dodecahedron代表菱形十二面体盒子(等边十二面体), octahedron为截角八面体盒子(即将两个底面重合的四面体切去方向相反的两头, 同时保证所有的边长相等). 后面两种盒子是三斜盒子的特殊情况. 截角八面体三个盒向量的长度是两个相对六边形之间的最短距离. 相对于具有周期性映象距离的立方盒子, 具有相同周期距离的菱形十二面体盒子的体积是立方盒子的71%, 而截角八面体盒子的体积是立方盒子的77%.

对一般的三斜盒子, -box的参数是三个实数, 为长方体的边长. 对于立方盒子, 菱形十二面体盒子或者截面八面体盒子, 选项-box只需要提供一个数值, 即盒子边长.

-d选项指定体系中的原子到盒子编边界的最小距离. 使用-d选项时, 对三斜盒子会使用体系在x, y和z方向的大小, 对立方盒子, 菱形十二面体盒子或截角八面体盒子, 盒子的大小被设定为体系直径(原子间的最大距离)加上两倍的指定距离.

选项-angles只能与选项-box和三斜盒子一起使用才有意义, 而且不能和选项-d一起使用.

当使用-n或-ndef时, 可以指定一个索引文件, 并选择其中的一个组来计算大小和几何中心, 否则会使用整个体系的大小和几何中心.

-rotate选项可以对坐标和速度进行旋转. 如-rotate 0 30 0表示将体系绕Y轴沿顺时针方向旋转30度.

-princ选项将体系(或体系某一部分)的主轴与坐标轴平齐, 并且最长的轴沿x轴方向. 这可以减小盒子的体积, 特别当分子为长条形时. 但是注意分子在纳秒的时间尺度内可能发生明显的旋转, 所以使用时要小心.

缩放会在任何其他操作之前进行. 可以对盒子和坐标进行缩放以得到一定的密度(选项-density). 注意如果输入是.gro文件的话, 密度可能不够精确. -scale选项的一个特性是, 当某一维度的缩放因子为-1时, 可以得到体系相对于一个平面的镜面映象. 当三个维度的缩放因子都是-1时, 可以获得体系相对于坐标原点的对称映象.

组的选择是在其他所有操作都完成之后进行的. 在程序输出时, 可以只输出体系中的某一个组, 或者某一个部分, 还可以建立划分更细致的索引文件, 以便进行更加细致的选择.

可以粗略地去除体系的周期性. 当去除周期性时, 输入文件最底部的盒向量必须保证正确, 这非常重要, 因为gmx editconf去除周期性的算法十分简单, 只是将原子坐标直接减去盒子边长.

当输出.pdb文件时, 可以使用-bf选项添加B因子. B因子可以从文件中读取, 格式如下: 第一行声明文件中所含B因子数值的个数, 从第二行开始, 每行声明一个索引号, 后面跟着B因子. 默认情况下, B因子将附加到每个残基上, 每个残基一个数值, 除非索引大于残基数目或者设定了-atom选项. 显然, 可以添加任何类型的数值数据而不仅仅是B因子. -legend选项将生成一列CA原子, 其B因子的范围为所用数据的最小值到最大值, 可以有效地作为查看的图例, 便于可视化软件显示.

使用-mead选项时可以生成一个特殊的.pdb文件(.pqr), 它可用于MEAD静电程序(泊松玻尔兹曼方程求解器). 使用这个选项的前提条件是输入文件必须为运行输入文件(如tpr), 因为这样的文件中才包含了力场参数. 输出文件中的B因子段为原子的范德华半径而占有率段为原子的电荷.

-grasp选项的作用与上一选项类似, 只不过互换了电荷与半径的位置, 电荷位于B因子段, 而半径位于占有率段.

选项-align可以将特定组的主轴与给定的向量平齐, -aligncenter选项指定可选的旋转中心.

最后, 使用选项-label, gmx editconf可以为.pdb文件添加一个链标识符. 如果一个文件中不同残基属于不同肽链, 那么这个选项可以为残基指定肽链归属, 这样不但有利于可视化, 在使用一些程序如Rasmol进行分析时也很有帮助, 在建立模拟体系时也十分方便.

对一些软件包(如GROMOS), 会使用对立方盒子进行角截断的方法生成截角八面体, 为转换这种截角八面体文件, 可使用以下命令:

gmx editconf -f in -rotate 0 45 35.264 -bt o -box veclen -o out

其中veclen是立方盒子大小乘以sqrt(3)/2.

已知问题

• 对复杂的分子, 去除周期性的子程序可能会崩溃, 在这种情况下你可以使用gmx trjconv.

补充说明

在使用pdb2gmx创建了模拟分子体系之后, 可以使用editconf为你的分子创建一个模拟盒子, 也可以认为是使用editconf将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.

-princ这个选项可以用来对齐分子, 比如使分子沿X轴对齐. 例如, 你想将分子中的两个残基沿Y轴对齐, 那么就在索引文件中将这俩个残基标记一下, 然后使用-princ, 根据提示就能对齐分子了.

gmx eneconv: 转换能量文件(翻译: 李继存)

gmx eneconv [-f [<.edr> [...]]] [-o [<.edr>]] [-nice ] [-b ]
			[-e ] [-dt ] [-offset ] [-[no]settime]
			[-[no]sort] [-[no]rmdh] [-scalefac ] [-[no]error]

当使用-f选项指定多个文件时:

按顺序将几个能量文件合并在一起. 当发现同一时刻存在两帧时, 会使用后一文件中的帧. 通过使用-settime, 你可以指定每一文件的起始时间. 输入文件由命令行得到, 你可能要使用像gmx eneconv -f *.edr -o fixed.edr这样的技巧.

当使用-f选项指定一个文件时:

读入一个能量文件, 并根据-dt, -offset, -t0和-settime选项输出到另一个文件, 需要时还会转换为不同的格式(有文件扩展名确定).

程序会首先应用-settime选项, 然后是-dt/-offset选项, -b和-e选项, 用以选择输出哪些帧.

已知问题

• 当组合轨迹时, 在新的输出文件中, 没有正确地更新sigma和E^2(用于统计), 只有实际能量项是正确的. 这样你需要使用其他方式来计算统计值, 如gmx analyze.

补充说明

GROMACS模拟有一个非常重要的能量输出文件, 即.edr文件. gmx eneconv就是对能量输出文件进行处理的程序.

一个模拟可以分多次进行, 于是得到很多.edr文件. 使用gmx eneconv的-f选项, 然后把这些能量文件罗列出来, 就可以对这些能量文件进行合并, 并输出一个完整的能量文件. 如果几个能量文件中有重复的时间帧, 那么后一个读入的能量文件将覆盖前一个. 也可以使用-settime选项对每一个输入文件的起始时间进行设置, 以免互相覆盖. 如下是一个示例:

eneconv -o fixed.edr -f *.edr

即对当前目录下所有.edr文件进行合并, 然后输出为fixed.edr文件.

当使用-f选项读入单独一个能量文件时, 可以配合其他参数对能量文件进行编辑.

gmx enemat: 从能量文件中提取能量矩阵(翻译: 赵丙春)

gmx enemat [-f [<.edr>]] [-groups [<.dat>]] [-eref [<.dat>]]
		   [-emat [<.xpm>]] [-etot [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
		   [-e ] [-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-[no]sum]
		   [-skip ] [-[no]mean] [-nlevels ] [-max ]
		   [-min ] [-[no]coulsr] [-[no]coullr] [-[no]coul14]
		   [-[no]ljsr] [-[no]ljlr] [-[no]lj14] [-[no]bhamsr] [-[no]bhamlr]
		   [-[no]free] [-temp ]

gmx enemat从能量文件(-f)中提取能量矩阵. 使用-group选项时必须提供一个文件名称, 文件中每行包含一组使用的原子. 通过寻找名称对应于原子组对名称的能量组, 会从能量文件中提取这些组的相互作用能的矩阵. 例如, 如果-group文件中包含:

2
Protein
SOL

程序会预期能量文件中包含具有Coul-SR:Protein-SOL和LJ:Protein-SOL名称的能量组(尽管同时分析很多组时, gmx enemat非常有用). 不同能量类型的矩阵会分开输出, 由-[no]coul, -[no]coulr, -[no]coul14, -[no]lj, -[no]lj14, -[no]bham和-[no]free选项控制. 最后, 可以计算每组的总相互作用能(-etot).

近似的自由能可以如下计算: $E_{free} = E_0 + kT \log(<\exp((E-E_0)/kT)>)$, 其中 $<>$ 代表时间平均. 可以提供包含参考自由能的文件, 用以计算相对于一些参考状态的自由能差值. 参考文件中的组名称(如残基名称)应当与-group文件中的组名称一致, 但在-group中追加的数字(如残基编号)在比较时将会被忽略.

gmx energy: 将能量写入xvg文件并显示平均值(翻译: 姚闯)

gmx energy [-f [<.edr>]] [-f2 [<.edr>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-o [<.xvg>]]
		   [-viol [<.xvg>]] [-pairs [<.xvg>]] [-ora [<.xvg>]] [-ort [<.xvg>]]
		   [-oda [<.xvg>]] [-odr [<.xvg>]] [-odt [<.xvg>]] [-oten [<.xvg>]]
		   [-corr [<.xvg>]] [-vis [<.xvg>]] [-ravg [<.xvg>]] [-odh [<.xvg>]]
		   [-nice ] [-b ] [-e ] [-[no]w] [-xvg ]
		   [-[no]fee] [-fetemp ] [-zero ] [-[no]sum] [-[no]dp]
		   [-nbmin ] [-nbmax ] [-[no]mutot] [-skip ]
		   [-[no]aver] [-nmol ] [-[no]fluct_props] [-[no]driftcorr]
		   [-[no]fluc] [-[no]orinst] [-[no]ovec] [-acflen ]
		   [-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ] [-beginfit ]
		   [-endfit ]

gmx energy用于从能量文件中提取能量组分或距离限制数据. 程序会提示用户以交互方式选择所需的能量项.

程序会使用全精度计算模拟中能量的平均值, RMSD和漂移(参见手册). 漂移是通过使用最小二乘法将数据拟合为直线得到的. 报告的总漂移是拟合直线第一个点和最后一个点的差值. 平均值的误差估计是基于5个块的块平均得到的, 计算时使用了全精度的平均值. 利用-nbmin和-nbmax选项, 可以使用多个块长度进行误差估计. 注意, 在大多数情况下, 能量文件包含了对所有MD步骤的平均, 或进行平均的点比能量文件中的帧数多很多. 这使得gmx energy的统计输出比.xvg文件中的数据更准确. 当能量文件中不存在精确的平均值时, 上述统计数据只是简单地对每帧能量数据的平均.

涨落项给出了围绕最小二乘拟合线的RMSD.

如果选择了正确的能量项, 并且使用了该命令行选项-fluct_props, 程序可以计算一些涨落相关的性质. 会计算以下性质:

你也需要通过-nmol来设定分子的数目. C_p/C_v的计算 不 包含任何量子效应校正. 如果需要考虑量子效应可以使用gmx dos程序.

当设置-viol选项时, 会绘制时间平均的背离数据, 并重新计算背离的实时时间平均值和瞬时累计值. 此外, 可以利用-pairs选项来绘制选定原子对之间的实时时间平均距离和瞬时距离.

选项-ora, -ort, -oda, -odr和-odt用于分析取向限制数据. 前两个选项绘制取向, 后三个选项绘制来自实验值的取向偏差. 以上选项中以a结尾的选项绘制时间平均随限制的变化. 以t结尾选项会提示用户限制标签号并绘制数据随时间的变化. 选项-odr绘制RMS偏差随限制的变化. 当使用时间或系综平均的取向限制运行时, 选项-orinst可以用来分析瞬时, 非系综平均的取向和偏差, 而不是时间和系综平均的值.

选项-oten用于绘制每个取向限制实验中分子序张量的特征值. 与选项-ovec同用时还可以绘制特征向量.

选项-odh用于从ener.edr文件中提取并绘制自由能数据(哈密顿差值和/或哈密顿导数dhdl).

使用-fee选项会计算体系与理想气体状态时的自由能差值:

其中, $k$ 为玻尔兹曼常数, $T$ 由-fetemp设定, 平均对整个系综(或轨迹中的时间)进行. 请注意, 只有当平均是对整个(玻尔兹曼)系综进行并使用势能时, 这种作法在理论上才是正确的. 这允许对熵进行估计:

当指定了第二个能量文件(-f2)时, 将计算自由能量差值 $dF = -kT \ln(<\exp(-(E_B-E_A)/kT)>_A)$, 其中 $E_A$ 和 $E_B$ 分布为第一个和第二个能量文件中的能量值, 平均对系综A进行. 自由能差的实时平均值会输出到由-ravg指定的文件中. 注意, 能量必须由同一轨迹计算而来.

补充说明

gmx energy可提取.edr文件中的能量数据并将结果输出为.xvg文件, 一般来说, 命令为:

gmx energy -f edr_file -o result.xvg

如果加上-b, -e选项, 可以从具体时间段提取结果而不是全部时间.

如果要编写bash脚本, 可以使用命令管道, 比如提取温度:

echo "temperature" | gmx energy -f npt.edr -o temperature.xvg

gmx energy的分析项目有以下这些方面

Select the terms you want from the following list by
selecting either (part of) the name or the number or a combination.
End your selection with an empty line or a zero.
-------------------------------------------------------------------
  1  Angle            2  Proper-Dih.      3  Ryckaert-Bell.   4  LJ-14
  5  Coulomb-14       6  LJ-(SR)          7  LJ-(LR)          8  Coulomb-(SR)
  9  Coul.-recip.    10  Potential       11  Kinetic-En.     12  Total-Energy
 13  Temperature     14  Pressure        15  Constr.-rmsd    16  Box-X
 17  Box-Y           18  Box-Z           19  Volume          20  Density
 21  pV              22  Enthalpy        23  Vir-XX          24  Vir-XY
 25  Vir-XZ          26  Vir-YX          27  Vir-YY          28  Vir-YZ
 29  Vir-ZX          30  Vir-ZY          31  Vir-ZZ          32  Pres-XX
 33  Pres-XY         34  Pres-XZ         35  Pres-YX         36  Pres-YY
 37  Pres-YZ         38  Pres-ZX         39  Pres-ZY         40  Pres-ZZ
 41  #Surf*SurfTen   42  Mu-X            43  Mu-Y            44  Mu-Z
 45  T-DRG           46  T-OIL           47  T-SOL           48  Lamb-DRG
 49  Lamb-OIL        50  Lamb-SOL

常用的一些如下:

• Potential 体系势能
• Total-Energy 体系总能量, 包括势能与动能, 动能项目为Kinetic-En
• Temperature 温度
• Pressure 体系平均压强
• Density 体系平均密度
• Pres-XX X方向压强
• Pres-YY Y方向压强
• Pres-ZZ Z方向压强
• #Surf*SurfTen 表面或界面张力

gmx energy用于得到体系的各个能量, 一般跑完MD之后, 使用gmx energy处理ener.edr只能得到体系的各个能量项. 但如果想求体系中两个不同部分在模拟过程中的相互作用能, 那就要使用一些小窍门. 以下是实现的一种方法:

1. 根据原来的.tpr文件建立一个新.tpr, 在新的.tpr中, 使用索引文件明确定义感兴趣的组.
2. 使用gmx mdrun的-rerun选项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gmx 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, 还会产生一个新的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(库伦相互作用能, 范德华相互作用能等).
3. 使用gmx energy把各个能量项提出来

gmx filter: 轨迹频率滤波, 用于制作平滑的动画(翻译: 李继存)

gmx filter [-f [<.xtc/.trr/...>]]` [-s [<.tpr/.tpb/...>]]` [-n [<.ndx>]]
		   [-ol [<.xtc/.trr/...>]]` [-oh [<.xtc/.trr/...>]]` [-nice ]
		   [-b ]` [-e ]` [-dt ]` [-[no]w]` [-nf ]
		   [-[no]all]` [-[no]nojump]` [-[no]fit]

gmx filter用于对轨迹进行频率滤波. 滤波器的形状为从-A到+A的cos(π t/A) + 1, 其中A为选项-nf与输入文件中时间步的乘积. 对低通滤波, 滤波器可将周期为A的涨落降低85%, 周期为2A的降低50%, 周期为3A的降低17%. 程序可输出低通和高通滤波后的轨迹.

选项-ol输出低通滤波后的轨迹, 每-nf输入帧输出一次. 滤波器长度与输出间隔的比值保证了可很好地抑制高频运动的混淆, 这非常有利于制作平滑的电影. 此外, 对与坐标有线性关系的性质, 其平均值会保持不变, 因为所有输入帧在输出中的权重都是相同的. 当需要所有帧时, 可使用-all选项.

选项-oh输出高通滤波后的轨迹. 高通滤波后的坐标会加到结构文件中的坐标上. 当使用高通滤波时, 请使用-fit选项或保证所用轨迹已经叠合到结构文件中的坐标.

gmx freevolume: 计算自由体积(翻译: 姜山)

gmx freevolume [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
			   [-o [<.xvg>]] [-b ] [-e ] [-dt ] [-tu ]
			   [-xvg ] [-[no]rmpbc] [-sf ] [-selrpos ]
			   [-select ] [-radius ] [-seed ]
			   [-ninsert ]

gmx freevolume用于计算一个盒子中的自由体积及其与时间的函数关系, 输出自由体积所占总体积的比例. 程序会尝试将一个指定半径的探针插入模拟盒子中, 如果探针与任何原子之间的距离小于两个原子的范德华半径之和, 就认为这个位置已被占据, 即非自由. 通过利用半径为0的探针, 可以计算出真实的自由体积. 通过利用较大半径的探针, 如0.14 nm, 大致对应于水分子的半径, 可计算对应于指定大小假想粒子的自由体积. 然而, 值得注意的是, 由于将原子视为硬球, 这些数字是非常近似的, 通常只有相对变化才有意义, 例如进行不同温度下的一系列模拟.

通过选择指定的组来用于描述非自由体积. 单位体积的插入数目对结果的收敛影响很大. 使用大约1000/nm^3^的值可得到总的标准偏差, 这是由轨迹的涨落决定而不是由随机数的涨落决定的.

所得结果非常依赖于范德华半径; 我们推荐使用Bondi(1964)给出的数值.

一些作者喜欢使用部分自由体积(FFV, Fractional Free Volume), 它的值为1-1.3*(1-Free Volume). 此值会显示在终端上.

gmx gangle: 计算角度(翻译: 杨宇)

gmx gangle [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		   [-oav [<.xvg>]] [-oall [<.xvg>]] [-oh [<.xvg>]] [-b ]
		   [-e ] [-dt ] [-tu ] [-xvg ] [-[no]rmpbc]
		   [-[no]pbc] [-sf ] [-selrpos ] [-g1 ]
		   [-g2 ] [-binw ] [-group1 ]
		   [-group2 ]

gmx gangle计算矢量之间不同类型的角度, 它支持由两个位置定义的矢量, 也支持由三个位置定义的平面的法线. 矢量还可以是z轴或球面的局部法线. 此外, 选项angle和dihedral可方便地用于计算由三/四个位置定义的键角和二面角.

角度类型通过-g1和-g2指定. 如果-g1为angle或dihedral, 就不应再指定-g2. 在这种情况下, -group1应指定一个或多个选择, 并且每个选择应包括位置的三联对或四联对, 它们定义了要计算的角度.

如果-g1为vector或plane, -group1指定的选择应包含位置对(vector)或位置三元对(plane). 对矢量, 位置设置了矢量的端点, 对平面, 三个位置用于计算平面的法向. 在这两种情况下, -g2指定要使用的其它矢量(见下文).

使用-g2 vector或-g2 plane时, -group2应指定另一组矢量. -group1和-group2应指定相同的选择数目. 对其中的一个选项也可以只有一个选择, 在这种情况下, 对其他组中的每个选择会使用相同的选择. 同样, 对-group1中的每个选择, 相应的-group2中的选择应指定相同数目的矢量或单独一个矢量. 在后一种情况下, 会计算这个单一矢量与其它选择中的每个矢量之间的角度.

使用-g2 sphnorm时, -group2中的每个选择应指定单一的位置, 它是球的中心. 第二个矢量从中心到由-group1指定的位置的中点.

使用-g2 z时, 不需要指定-group2, 会计算第一个矢量与Z轴正半轴之间的角度.

使用-g2 t0时, 不需要指定-group2, 会利用第一帧的矢量计算角度.

有三个输出选项: -oav会将每一帧的时间与平均角度写入一个xvg文件. -oall会输出单独的角度. -oh输出角度的直方图. 分格的宽度由-binw设置. 对-oav和-oh, 会计算-group1中每个选择的单独平均/直方图.

gmx genconf: 增加”随机”取向的构象(翻译: 李卫星)

gmx genconf [-f [<.gro/.g96/...>]] [-o [<.gro/.g96/...>]]
			[-trj [<.xtc/.trr/...>]] [-nice ] [-nbox ]
			[-dist ] [-seed ] [-[no]rot] [-[no]shuffle]
			[-[no]sort] [-block ] [-nmolat ] [-maxrot ]
			[-[no]renumber]

gmx genconf程序对给定的坐标文件进行简单的堆叠, 就像小孩子玩积木一样. 该程序会根据用户定义的比例(-nbox)创建一个网格, 格点间的额外空间由-dist指定.

指定-rot选项时, 程序不会检查格点上分子之间的重叠. 建议输入文件中的盒子边长至少等于原子坐标与范德华半径之和.

如果给出了可选的轨迹文件, 不会产生构象, 但会从文件中读取构象, 经过适当平移后创建格点.

已知问题

• 程序应允许随机放置格点

gmx genion: 在能量有利位置加入单原子离子(翻译: 李继存)

gmx genion [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]] [-o [<.gro/.g96/...>]]
		   [-p [<.top>]] [-nice ] [-np ] [-pname ]
		   [-pq ] [-nn ] [-nname ] [-nq ]
		   [-rmin ] [-seed ] [-conc ] [-[no]neutral]

gmx genion用单原子离子随机地取代溶剂分子. 溶剂分子组应该连续, 且所有分子的原子数应该相同. 用户应该将离子添加到拓扑文件中, 或使用-p选项自动修改拓扑文件.

在所有力场中, 离子的分子类型, 残基名称和原子名称都是大写的元素名称且不含符号. 分子名称应使用-pname或-nname给出, 并且拓扑文件的[ molecules ]段也要相应地更新, 可以手动更新或使用-p选项. 不要使用原子名称!

具有多个电荷态的离子会添加多重度, 不含符号, 只用于非常见态.

对更大的离子, 例如硫酸根, 我们建议使用gmx insert-molecules

已知问题

• 如果你指定了盐的浓度, 不会考虑已有的离子. 为此, 你需要指定要添加的盐的量.

补充说明

在给蛋白质添加了水环境之后, 一般要在水环境中添加离子, 使模拟体系更接近真实体系. 如果体系中的蛋白质本身已经带了静电荷, 那么就更要给体系加几个带相反电荷的离子, 使体系处于电中性.

几个常用选项的说明:

• -np/-nn/-conc: 带正/负电离子的数目.
  假如想要得到0.1 mol/L的离子浓度到底要加多少离子, 可以自己算一下, 也可以直接使用-conc指定离子浓度. 在使用-conc时, 建议配合使用-neutral, 以便使体系最后处于电中性.
• -pn/-nn: 指定正负离子的名称, 比如NA+或者CL-.
  可以参看GROMACS安装路径share/gromacs/top/下面的力场文件中离子使用的名称, 也可以使用新的离子, 但要在力场中定义, 或者把新离子的itp文件使用include添加到体系拓扑文件中.
• -seed: 随机数种子.
  如果发现添加的离子离蛋白太近(比如说小于0.1 nm), 那么可以指定新的种子.

使用范例

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

添加100个Na+离子和100个Cl离子, 输出文件为system_ion.pdb文件.

gmx genrestr: 生成索引组的位置限制或距离限制(翻译: 廖华东)

gmx genrestr [-f [<.gro/.g96/...>]] [-n [<.ndx>]] [-o [<.itp>]]
			 [-of [<.ndx>]] [-nice ] [-fc ] [-freeze ]
			 [-[no]disre] [-disre_dist ] [-disre_frac ]
			 [-disre_up2 ] [-cutoff ] [-[no]constr]

基于-f指定的文件内容, gmx genrestr为拓扑生成一个#include头文件, 其中包含一个原子编号列表以及x, y和z三个方向的力常数. 也可以在命令行中指定单一的各向同性力常数, 而不是给出三个分量.

警告: 位置限制是分子内的相互作用, 因此在拓扑文件中它们必须被包含在正确的[ moleculetype ]段中. 而[ position_restraints ]段中的原子索引必须在相应分子类型的原子索引范围之内. 因为在每个分子类型中原子编号都是从1开始的, 而在gmx genrestr命令的输入文件中却是从1开始连续编号, 所以gmx genrestr命令只会对第一个分子生成有用的文件. 你可能需要编辑生成的索引文件以删除第一个分子后面的原子, 或构建一个合适的索引组作为gmx genrestr的输入.

-of选项可生成一个用于冻结原子的索引文件. 在这种情况下, 输入文件必须是.pdb文件.

使用-disre选项会生成距离限制而非位置限制的半个矩阵. 该矩阵通常用于蛋白质中的C~α~原子, 这样可以维持一个蛋白质的总体构象而不必将其绑定到特定位置(使用位置限制时).

gmx grompp: 生成运行输入文件(翻译: 杨旭云)

gmx grompp [-f [<.mdp>]] [-po [<.mdp>]] [-c [<.gro/.g96/...>]]
		   [-r [<.gro/.g96/...>]] [-rb [<.gro/.g96/...>]] [-n [<.ndx>]]
		   [-p [<.top>]] [-pp [<.top>]] [-o [<.tpr/.tpb/...>]]
		   [-t [<.trr/.cpt/...>]] [-e [<.edr>]] [-imd [<.gro>]]
		   [-ref [<.trr/.cpt/...>]] [-nice ] [-[no]v] [-time ]
		   [-[no]rmvsbds] [-maxwarn ] [-[no]zero] [-[no]renum]

gmx grompp(gromacs预处理器)读取分子的拓扑文件, 检查其合理性, 并将拓扑从分子描述拓展到原子描述. 拓扑文件包含了分子类型和分子数目的信息, 预处理器会复制每个需要的分子. 对分子类型的数目没有限制. 键和键角可以转换为约束, 对氢原子和重原子独立进行. 然后读入坐标文件, 如果需要可以由Maxwell分布生成速度. gmx grompp还会读取用于gmx mdrun的参数(例如, MD的步数, 时间步长和截断)以及其他一些参数, 如NEMD参数. 程序会对这些参数进行校正以使得净加速度为零. 程序最终会生成一个二进制文件, 它可以单独地作为MD程序的输入文件.

gmx grompp使用来自拓扑文件的原子名称. 当坐标文件中(选项-c)的原子名称与拓扑文件中的不一致时, 会产生警告. 注意, 原子名称与模拟无关, 因为生成相互作用参数只使用了原子类型.

gmx grompp使用内置的预处理器来解决包含, 宏等问题. 预处理器支持下面的关键词:

#ifdef VARIABLE
#ifndef VARIABLE
#else
#endif
#define VARIABLE
#undef VARIABLE
#include "filename"
#include <filename>

在.mdp文件中, 拓扑文件中的这些语句的功能可以通过以下两个选项来模块化：

define = -DVARIABLE1 -DVARIABLE2
include = -I/home/john/doe

要了解更多的信息, 可以学习C语言程序的教材. 指定-pp选项可以输出预处理的拓扑文件, 这样你就可以验证其内容了.

当使用位置限制时, 可以使用-r选项提供一个包含限制坐标的文件, 否则将会使用相对于来自-c选项的构象进行限制. 对自由能计算, B拓扑的坐标可使用-rb提供, 否则它们将等同于A拓扑的坐标.

起始坐标可以由-t提供的轨迹文件中读取. 程序会读取最后一帧的坐标和速度, 除非使用了-time选项. 只有当这些信息缺失时才会使用由-c提供的文件中的坐标. 注意, 当.mdp文件中设置了gen_vel = yes时, 不会使用文件中的速度信息. 可以使用选项-e提供能量文件, 以读取Nose-Hoover和/或Parrinello-Rahman耦合变量.

gmx grompp可用于重启模拟(保持连续), 只需要使用-t选项提供一个检查点文件即可. 然而, 如果只是简单地改变运行步数以延长模拟, 使用gmx convert-tpr比使用gmx grompp更方便. 你只需要使用-cpi选项将旧的检查点文件直接提供给gmx mdrun即可. 如果想要改变系综或是输出频率等, 建议使用-t为gmx grompp提供检查点文件, 并使用-f提供新的.mdp文件.

默认情况下, 所有由构建虚拟位点引入的具有恒定能量的键合相互作用都会被移除. 如果此恒定能量不为零, 将会导致总能量移动. 所有键合相互作用都可以通过关闭-rmvsbds来维持. 另外, 所有因虚拟位点构建引入的距离约束都具有恒定能量, 它们都会被移除. 如果仍然存在涉及虚拟位点的任何约束, 将导致致命错误.

为验证运行输入文件, 请注意屏幕上显示的所有警告, 并对必要的警告加以纠正. 此外也需要查看mdout.mdp文件的内容, 其中包括注释行以及gmx grompp读入的输入信息. 如果有疑问, 你可以使用-debug选项启动gmx grompp, 这将会生成一个grompp.log文件(以及真正的调试信息), 里面包含了更多的信息. 你可以使用gmx dump程序查看运行输入文件的内容. gmx check可用于比较两个运行输入文件的内容.

-maxwarn选项可用于覆盖gmx grompp给出的警告, 否则会停止输出. 在某些情况下, 警告无关紧要, 但大多数情况下并非如此. 建议用户在使用这个选项绕过这些警告之前认真阅读并理解输出信息.

gmx gyrate: 计算蛋白质的回旋半径(翻译: 黄丽红)

gmx gyrate [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		   [-o [<.xvg>]] [-acf [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
		   [-e ] [-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-nmol ]
		   [-[no]q] [-[no]p] [-[no]moi] [-nz ] [-acflen ]
		   [-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ] [-beginfit ]
		   [-endfit ]

gmx gyrate用于计算分子的回旋半径, 分子关于X, Y和Z轴的回旋半径, 并给出它们随时间的变化关系. 计算时会明确地使用原子的质量权重.

将分析组划分为大小相同的几部分后, 可使用-nmol选项可以计算多个分子的回旋半径.

使用-nz选项可计算沿Z轴方向X-Y切面内的2D回旋半径.

补充说明

蛋白质的回旋半径反映了蛋白质分子的体积和形状. 同一体系的回旋半径越大, 说明体系越膨松.

gmx h2order: 计算水分子的取向(翻译: 嘉晔, 严立京)

gmx h2order [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]] [-nm [<.ndx>]]
			[-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-o [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
			[-e ] [-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-d ]
			[-sl ]

gmx h2order用于计算水分子相对于盒子法向的取向, 确定水分子偶极矩与盒子轴线间夹角的余弦平均值. 计算时盒子被划分为许多切片, 程序会输出每一切片的平均取向. 根据氧原子的位置, 每一时间帧中的每个水分子都被归属到某一切片中. 如果使用了-nm选项, 程序将计算水分子偶极与从质心到氧原子的轴线之间的夹角, 而不是偶极与盒子轴线间的夹角.

已知问题

• 程序将整个水分子归属到某一切片时, 是根据索引文件组中的三个原子中的第一个原子. 假定顺序为O, H, H. 名称并不重要, 但顺序很关键. 如果不满足这个要求, 将水分子归属到切片时差异很大.

gmx hbond: 计算分析氢键(翻译: 杨旭云)

gmx hbond [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]]
		  [-num [<.xvg>]] [-g [<.log>]] [-ac [<.xvg>]] [-dist [<.xvg>]]
		  [-ang [<.xvg>]] [-hx [<.xvg>]] [-hbn [<.ndx>]] [-hbm [<.xpm>]]
		  [-don [<.xvg>]] [-dan [<.xvg>]] [-life [<.xvg>]]
		  [-nhbdist [<.xvg>]] [-nice ] [-b ] [-e ]
		  [-dt ] [-tu ] [-xvg ] [-a ] [-r ]
		  [-[no]da] [-r2 ] [-abin ] [-rbin ] [-[no]nitacc]
		  [-[no]contact] [-shell ] [-fitstart ] [-fitend ]
		  [-temp ] [-smooth ] [-dump ] [-max_hb ]
		  [-[no]merge] [-acflen ] [-[no]normalize] [-P ]
		  [-fitfn ] [-beginfit ] [-endfit ]

gmx hbond用于计算和分析氢键. 氢键是由氢原子-施体-受体所成角度(0为扩展)的截断值与施体-受体之间距离(当使用-noda时为氢原子-受体距离)的截断值共同决定的. OH和NH被认作氢键施体, O总是作为氢键受体, N默认为受体, 但可以利用-nitacc更改为施体. 哑的氢原子被假定为与前面的第一个非氢原子相连.

你需要指定用于分析的两个组, 它们必须完全相同或者彼此之间无任何重叠. 程序会分析两组间形成的所有氢键.

如果设置了-shell, 就需要指定一个额外的索引组, 其中应该只包含一个原子. 在这种情况下, 计算时只会考虑距离这个原子某一壳层距离范围内的原子之间所形成的氢键.

使用选项-ac, 会给出氢键的速率常数, 计算时采用Luzar和Chandler(Nature 394, 1996; J. Chem. Phys. 113:23, 2000)的模型或Markovitz和Agmon (J. Chem. Phys 129, 2008)的模型. 如果使用-contact选项分析接触动力学, n(t)可以定义为t时刻不处于接触距离r范围内的所有对(对应于-r2选项使用默认值0), 或者处于距离r2范围内的所有对(对应于使用-r2选项设置第二个截断值). 更多细节和定义请参考上面提到的文献.

[ selected ]
20 21 24
25 26 29
1 3 6

注意, 三联对需要处于同一行中. 每个原子三联对指定了要分析的氢键, 也要注意计算前不会对原子类型进行核对.

输出

• -num: 随时间变化的氢键数目
• -ac: 对所有氢键存在函数(0或1)的自相关函数进行平均
• -dist: 所有氢键的距离分布
• -ang: 所有氢键的角度分布
• -hx: 随时间变化的n-n+i氢键数目, 其中n和n+i代表残基的数目, i的范围从0到6. 这包括了蛋白螺旋中的n-n+3, n-n+4和n-n+5氢键.
• -hbn: 所有选择的组, 选择组中的施体, 氢原子和受体, 所有组中形成氢键的所有原子, 所有参与插入的溶剂原子.
• -hbm: 所有帧中所有氢键存在矩阵, 也包含了溶剂插入氢键的信息. 顺序与-hbn索引文件中的完全相同.
• -dan: 输出分析的每时间帧中氢键施体和受体的数目. 当使用-shell时, 这尤其有用.
• -nhbdist: 计算每个氢原子的氢键数, 以便将结果与Raman光谱相比较.

注意: 选项-ac, -life, -hbn和-hbm需要的内存量正比于所选组中施体的总数目乘上受体的总数目.

已知问题

• 用于所选氢键的选项-sel有问题, 因此暂时无法使用.

补充说明

使用-hbn选项时默认输出hbond.ndx文件, 其中列出了两个所选组中的氢键受体, 施体, 施体氢和两个组间氢键的Acceptor-Donor-Hydrogen的原子序号. 其中donors_hydrogens部分数据格式类似如下:

1    2    1    3    1    4
18   19
56   57

示例所用为CRM1-NES binding domain, 首个残基为GLU, 上面的第一行1所指为N(donor), 之后2, 3, 4为N上所带的H(hydogens). 18, 19也是一样.

gmx helix: 计算α螺旋结构的基本性质(翻译: 李卫星)

gmx helix [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]]
		  [-cz [<.gro/.g96/...>]] [-nice ] [-b ] [-e ]
		  [-dt ] [-[no]w] [-r0 ] [-[no]q] [-[no]F] [-[no]db]
		  [-[no]ev] [-ahxstart ] [-ahxend ]

gmx helix计算各种类型螺旋的性质. 程序首先会检查多肽段, 找到最长的螺旋部分, 这由氢键和φ/ψ角度确定的. 再将其拟合成一个绕z轴的理想螺旋, 以原点居中. 然后计算以下性质:

1. 螺旋半径(radius.xvg输出文件). 这仅仅是二维平面内所有C~α~原子的RMS偏差, 计算方法为sqrt((sum_i (x\^2(i)+y\^2(i)))/N), 其中N为骨干原子数. 理想螺旋的半径为0.23 nm.
2. 扭转(twist.xvg输出文件). 计算每个残基的平均螺旋角. 对α螺旋此值为100度, 对3-10螺旋值会更小, 5-螺旋的值更大.
3. 每个残基的上升量(rise.xvg输出文件). 每个残基的螺旋上升量以C~α~原子z坐标的差值表示. 对于理想螺旋此值为0.15 nm
4. 总螺旋长度(len-ahx.xvg输出文件). 以nm为单位的总螺旋长度. 其值简单由平均上升量(见上文)乘上螺旋残基数(见下文)计算.
5. 螺旋偶极. 只计算骨干原子的(dip-ahx.xvg输出文件).
6. 与理想螺旋的RMS偏差, 仅根据C~α~原子计算(rms-ahx.xvg输出文件).
7. 平均C~α~-C~α~二面角(phi-ahx.xvg输出文件)
8. 平均φ和ψ角度(phipsi.xvg输出文件).
9. 根据Hirst和Brooks方法计算的222 nm处的椭圆度

gmx helixorient: 计算螺旋内的局部螺距/弯曲/旋转/取向(翻译: 陈辰)

gmx helixorient [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]]
				[-oaxis [<.dat>]] [-ocenter [<.dat>]] [-orise [<.xvg>]]
				[-oradius [<.xvg>]] [-otwist [<.xvg>]] [-obending [<.xvg>]]
				[-otilt [<.xvg>]] [-orot [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
				[-e ] [-dt ] [-xvg ] [-[no]sidechain]
				[-[no]incremental]

gmx helixorient用于计算α螺旋内部平均轴的坐标和方向, C~α~与(可选)侧链原子相对于轴的的方向/向量.

对输入, 你需要指定索引组, 其中的C~α~原子对应于连续残基的α螺旋. 侧链方向需要另一个原子数目相同的索引组, 包括每个残基中代表残基的重原子.

注意, 此程序不会对结构进行叠合.

我们需要四个C~α~的坐标来定义α螺旋轴的局部方向.

倾斜/旋转根据欧拉旋转计算, 其中定义的螺旋轴作为x轴方向, 残基/C~α~向量作为y轴方向, z轴方向由它们的叉积确定. 我们使用Y-Z-X次序的欧拉旋转, 这意味着我们 (1) 首先倾斜螺旋轴, (2) 然后使其与残基向量正交, (3) 最终对齐进行旋转. 为便于调试或满足其他用途, 我们在theta[1-3].xvg文件中输出了实际的欧拉旋转角.

gmx help - 打印帮助信息

gmx hydorder: 计算给定原子周围的四面体参数(翻译: 王浩博)

gmx hydorder [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-n [<.ndx>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]]
			 [-o [<.xpm> [...]]] [-or [<.out> [...]]] [-Spect [<.out> [...]]]
			 [-nice ] [-b ] [-e ] [-dt ] [-[no]w]
			 [-d ] [-bw ] [-sgang1 ] [-sgang2 ]
			 [-tblock ] [-nlevel ]

gmx hydorder计算一个给定原子周围的四面体序参数, 可同时计算角和距离的序参数. 更多细节请参考 P.-L. Chau and A.J. Hardwick, Mol. Phys., 93, (1998), 511-518.

gmx hydorder计算盒子内3维网格中的序参数. 当盒子中存在两相时, 用户可以通过指定参数-sgang1和-sgang2来定义不同时刻分开两相的二维界面(明智地选择这些参数很重要).

gmx insert-molecules: 将分子插入已有空位(翻译: 刘恒江)

gmx insert-molecules [-f [<.gro/.g96/...>]] [-ci [<.gro/.g96/...>]]
					 [-ip [<.dat>]] [-o [<.gro/.g96/...>]] [-nice ]
					 [-box ] [-nmol ] [-try ] [-seed ]
					 [-radius ] [-scale ] [-dr ] [-rot ]
					 [-[no]allpair]

gmx insert-molecules命令可以插入-nmol个体系的副本到盒子中, 体系由-ci输入文件定义. 插入的分子可以填充由-f指定的溶质分子构型中的空位, 或者填充由-box指定的空盒子. 同时指定-f和-box选项等同于-f, 但插入前会在溶质周围放置一个新盒子. 该命令运行过程中, 坐标文件中的速度不予考虑.

默认情况下, 插入的位置是随机的(初始随机数种子由-seed设置). 程序将会迭代直至将-nmol个分子插入盒子中. 对某一位置, 若已存在的任意原子和插入分子任意原子之间的距离小于两个原子范德华半径之和, 则不会插入分子. 程序会读取数据文件(vdwradii.dat)中的范德华半径, 并根据-scale选项的设置进行缩放. 若不能在数据文件中找到所需的半径值, 相应的原子将通过-radius来设定(未缩放)距离.

停止前共进行-nmol*-try次尝试插入. 若存在一些小的空隙需要填充, 可以增加-try的值. -rot选项用于指定在尝试插入前是否对插入分子进行随机旋转.

作为替代, 也可以仅将分子插入到positions.dat(-ip)文件中指定的特定位置. 此文件应包含三列信息(x,y,z), 它们给出了相对于输入分子位置(-ci)的偏离位移. 因此, 如果该文件应包含绝对位置, 使用gmx insert-molecules命令前必须把分子的中心置于(0, 0, 0)(例如, 使用gmx editconf -center). 该文件中以#开始的内容为注释, 会被忽略. -dr选项定义了插入尝试中允许的最大位移. -try和-rot以默认模式运行(见上文).

已知问题

• 对初始构型所有分子必须保持完整.
• 使用-ci选项时, 重复的近邻搜索会占用大量内存, -allpair选项可以通过检查所有原子之间的距离来避免这个问题(但对大的体系计算较慢).

补充说明

• -ci: 为分子特定部位添加水环境, 只在研究的分子部位添加水环境, 这样可以减少原子数, 节省计算时间
• -seed: 随机数种子, 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种子使水分子重新分布

gmx lie: 根据线性组合估计自由能(翻译: 王燕)

gmx lie [-f [<.edr>]] [-o [<.xvg>]] [-nice ] [-b ] [-e ]
		[-dt ] [-[no]w] [-xvg ] [-Elj ] [-Eqq ]
		[-Clj ] [-Cqq ] [-ligand ]

gmx lie基于对非键能的能量分析估算自由能. 程序需要包含Coul-(A-B), LJ-SR(A-B)等能量项的能量文件.

为正确使用g_lie, 需要进行两次模拟: 一次是目标分子与受体结合的模拟, 一次是目标分子在水中的模拟. 两者都需要利用energygrps以使Coul-SR(A-B), LJ-SR(A-B)等能量项写入.edr文件. 水中分子的模拟数据可提供-Elj和-Eqq的合适值.

gmx make_edi: 生成主成分动力学抽样的输入文件(翻译: 严立京)

gmx make_edi [-f [<.trr/.cpt/...>]] [-eig [<.xvg>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]]
			 [-n [<.ndx>]] [-tar [<.gro/.g96/...>]] [-ori [<.gro/.g96/...>]]
			 [-o [<.edi>]] [-nice ] [-xvg ] [-mon ]
			 [-linfix ] [-linacc ] [-radfix ]
			 [-radacc ] [-radcon ] [-flood ]
			 [-outfrq ] [-slope ] [-linstep ]
			 [-accdir ] [-radstep ] [-maxedsteps ]
			 [-eqsteps ] [-deltaF0 ] [-deltaF ]
			 [-tau ] [-Eflnull ] [-T ] [-alpha ]
			 [-[no]restrain] [-[no]hessian] [-[no]harmonic]
			 [-constF ]

gmx make_edi用于产生一个主成分动力学(ED, essential dynamics)抽样的输入文件供gmx mdrun使用, 产生方法基于来自协方差矩阵(gmx covar)或简正模式分析(gmx nmeig)的特征向量. 在模拟过程中, ED抽样可用于沿集约坐标(特征向量)操控(生物)大分子的位置. 特别地, 通过促使体系沿这些集约坐标探测新的区域, ED抽样可用于提高MD模拟的抽样效率. 有大量的算法可以驱使体系沿特征向量运动(-linfix, -linacc, -radfix, -radacc, -radcon), 维持沿确定(系列)坐标的位置固定(-linfix), 或者仅仅监测位置在这些坐标上的投影(-mon)

参考文献:

• A. Amadei, A.B.M. Linssen, B.L. de Groot, D.M.F. van Aalten and H.J.C. Berendsen; An efficient method for sampling the essential subspace of proteins., J. Biomol. Struct. Dyn. 13:615-626 (1996)
• B.L. de Groot, A. Amadei, D.M.F. van Aalten and H.J.C. Berendsen; Towards an exhaustive sampling of the configurational spaces of the two forms of the peptide hormone guanylin, J. Biomol. Struct. Dyn. 13 : 741-751 (1996)
• B.L. de Groot, A.Amadei, R.M. Scheek, N.A.J. van Nuland and H.J.C. Berendsen; An extended sampling of the configurational space of HPr from E. coli, Proteins: Struct. Funct. Gen. 26: 314-322 (1996)

运行时程序会提示选择一个或者多个索引组, 它们对应于特征向量, 参考结构, 目标位置等.

-mon: 监测坐标在选定特征向量上的投影

-linfix: 沿选定特征向量进行固定步数的线性扩张

-linacc: 沿选定特征向量进行可接受线性扩张. (接受期望方向上的步进, 拒绝其他的)

-radfix: 沿选定特征向量进行固定步数的径向扩张.

-radacc: 沿选定特征向量进行可接受径向扩张. (接受期望方向上的步进, 拒绝其他的). 注意: 默认将使用起始MD结构作为第一次径向扩张循环的起点. 如果指定了-ori选项, 可以读入一个结构文件定义外部起点.

-radcon: 沿选定特征向量进行可接受径向收缩, 收缩指向的目标结构由-tar选项指定.

注意: 每个特征向量只能选择一次.

-outfrq: 将投影等写入.xvg文件的频率(以步数为单位)

-slope: 可接受径向扩张的最小斜率. 如果半径的瞬时增长率(以nm/step为单位)小于规定数值, 将开始一个新的扩张循环.

-maxedsteps: 在开始一个新循环前, 径向扩张中每个循环的最大步数.

并行实现的注意点: 由于ED抽样的”全局性”(集约坐标等), 至少在”蛋白质”方面, 从实现的角度看ED抽样并不太适合并行. 因为并行ED需要一些额外的通讯, 除非运行性能低于不受约束的MD模拟, 尤其是当进程数目很大和/或当ED组包含大量原子时.

同时请注意如果你的ED组包含不止一个蛋白质, 那么.tpr文件必须包含ED组的正确PBC表示. 查看一下参考结构的初始RMSD值, 这个数值在模拟一开始就会输出; 如果此数值远远高于期望值, 某个ED分子可能沿盒向量方向平移了几个单位.

gmx mdrun程序中所有与ED相关的输出作为时间的函数都写在一个.xvg文件中, 输出的间隔步数由-outfrq指定.

注意, 如果一开始合并了多个.edi文件, 在一个模拟中你可以(在不同分子上)施加多个ED约束和洪泛势能. 约束的施加顺序按照它们出现在.edi文件中的顺序. 根据.edi输入文件中的指定, 对每个ED数据集, 输出文件中可能包含以下内容:

• 分子叠合到参考结构的RMSD值
• 位置在选定特征向量上的投影

洪泛

使用-flood选项, 你可以指定使用哪个特征向量计算洪泛势能, 它将导致额外的力, 将结构排除出由协方差矩阵描述的某些区域. 如果你使用了-restrain选项, 势能将反转, 可以将结构保持在特定区域内.

模拟起始点通常是存储在eigvec.trr文件中的平均结构. 使用-ori选项, 可以把起始点更改为构象空间中的任意一个位置. 使用-tau, -deltaF0和-Eflnull选项, 你可以控制洪泛的行为. Efl为洪泛强度, 根据自适应洪泛的规则进行更新. Tau为自适应洪泛的时间常数, 大的τ值意味着自适应慢(即增长慢). DeltaF0为经过tau皮秒模拟之后想达到的洪泛强度. 如果想使Efl为常数, 可将-tau设置成零.

-alpha为控制洪泛势能宽度的经验参数. 当其值为2时, 对于蛋白质洪泛的大多数标准例子都能给出很好的结果. α基本用于考虑抽样的不完整性. 如果进行更多的抽样, 系综宽度将会增大, 这可以通过α>1来模拟. 对限制, α&#lt;1得到的限制势的宽度更小.

洪泛模拟的重新开始: 如果你想重新开始一个已经崩溃的洪泛模拟, 请在输出文件中找到deltaF和Efl的值, 然后手动地将它们分别放入.edi文件中DELTA_F0和EFL_NULL中.