(完整版)三種常用分子模擬軟件介紹

1、三種常用分子模擬軟件介紹NAMD(NAnoscaleMolecularDynamics)是用于在大規(guī)模并行計算機上快速模擬大分子體系的并行分子動力學代碼。NAMD用經(jīng)驗力場，如Amber，CHARMM和Dreiding，通過數(shù)值求解運動方程計算原子軌跡。軟件所能模擬的體系的尺度，如微觀，介觀或跨尺度等微觀。是眾多md軟件中并行處理最好的，可以支持幾千個cpu運算。在單機上速度也很快。模擬體系常為為10,000-1,000,000個原子。軟件所屬的類型，如MD,DPD，DFT，MC，量化，或交叉等全原子md，有文獻上也用它做過cgmdo軟件能研究的相關(guān)領(lǐng)域，使用者的背景最好是？使用的力場有cha

2、rmm,x-plor,amber等，適合模擬蛋白質(zhì)，核酸，細胞膜等體系。也可進行團簇和CNT系統(tǒng)的模擬軟件原理經(jīng)典，操作簡單。但需要對體系的性質(zhì)足夠了解。軟件中主要涉及的理論方法范疇經(jīng)典的md，以及用多種方法計算自由能和SMD模擬。數(shù)據(jù)分析時候一般很少涉及復雜的熱力學和統(tǒng)計熱力學的原理，但知道一些最好。軟件主要包含的處理工具namd是計算部分，本身不能建模和數(shù)據(jù)分析（unix的哲學kiss）。但vmd同namd系出同門，已同namd實現(xiàn)無逢鏈接。vmd的tcl腳本一定要搞懂，別的就不多介紹了。2與此軟件密切相關(guān)的軟件vmd，及其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件（excel，OOo-calc等足夠了）NAMD

3、在window環(huán)境下的編譯安裝1.下載NAMD_2.7b2_Win322解壓到任意目錄下（建議最好直接是C：或D：下）添加windows的環(huán)境變量：右鍵單擊我的電腦屬性高級-環(huán)境變量（在右下角）-在系統(tǒng)的Path變量里添加你NAMD所在文件夾，比如我的SystemRoot%system32;%SystemRoot%;%SystemRoot%System32Wbem;C:ProgramFilesCommonFilesThunderNetworkKanKanCodecs;C:NAMD_2.7b2_Win32注意：添加的變量名稱要和文件夾得名稱一致（如果文件夾得名稱你改為namd，那么變量名稱為C：

4、NAMD）namd2.7需要后面跟conf文件才可以正確運行，并且要在conf文件所在目錄執(zhí)行命令。如：我的命令窗口顯示C:DocumentsandSettingsHP因此我的conf文件要放在C:DocumentsandSettingsHP這個文件夾下，然后執(zhí)行命令C:DocumentsandSettingsHPC:NAMD_2.7b2_Win32namd2da.conf即可。GROMACSGROMACS是用于研究生物分子體系的分子動力學程序包。它可以用分子動力學、隨機動力學或者路徑積分方法模擬溶液或晶體中的任意分子，進行分子能量的最小化，分析構(gòu)象等。它的模擬程序包包含GROMACS力場(蛋

5、白質(zhì)、核苷酸、糖等)，研究的范圍可以包括玻璃和液晶、到聚合物、晶體和生物分子溶液。GROMACS是一個功能強大的分子動力學的模擬軟件，其在模擬大量分子系統(tǒng)的牛頓運動方面具有極大的優(yōu)勢。GROMACS支持幾乎所有當前流行的分子模擬軟件的算法，而且與同類軟件相比，它還具有一些特有的優(yōu)勢：GROMACS進行了大量的算法的優(yōu)化，使其計算功能更強大。例如：在計算矩陣的逆時，算法的內(nèi)循環(huán)會根據(jù)自身系統(tǒng)的特點自動選擇由C語言或Fortran來編譯。GROMACS中對Altivecloops的計算，無論是在Linux還是MacOSX系統(tǒng)上，它都要比其它軟件快3-10倍，而且GROMACS提高計算速度的同時也保

6、證了計算精度。GROMACS具有友好的用戶界面，拓撲文件和參數(shù)文件都以文檔的形式給出。在程序運行過程中，并不用輸入腳本注釋語言。所有GROMACS的操作都是通過簡單的命令行操作進行的。而且運行的過程是分步的，隨時可以檢查模擬的正確性和可行性，可以減少時間上的浪費。GRMACS操作簡單，功能豐富，而且對于初學者來說易于上手。而且可以通過詳細的免費使用手冊，用戶可以得到更多的信息。在模擬運行的過程中，GROMACS會不斷報告用戶程序的運算速度和進程。GROMACS具有良好的兼容性。輸入文件和輸出的軌跡文件的格式都是獨立于硬件的。GROMACS能通過二進制文件來寫入坐標，這樣就提供了一個壓縮性很強的

7、軌跡數(shù)據(jù)存儲方法，壓縮方式的精度可以由用戶來選擇。GROMACS還為軌跡分析提供了大量的輔助工具，用戶不必再為常規(guī)分析編寫任何程序。GROMACS還提供了軌跡的可視程序，而且許多可視化工具都可以顯示。GROMACS允許并行運算，使用標準的MPI通訊。GROMACS程序包中包括各種常見的蛋白質(zhì)和核酸的拓撲結(jié)構(gòu)。包括20種標準的氨基酸以及其變異體，4種核苷和4種脫氧核苷，以及糖類和脂類。GROMACS的運行過程，主要由一系列的文件和命令組成。GROMACS一般的模擬過程可以分成以下三個階段：前處理過程：生成模擬對象的坐標文件、拓撲結(jié)構(gòu)文件以及平衡參數(shù)及其外力作用參數(shù)等文件。模擬過程：首先要對系統(tǒng)進

8、行能量最小化，避免結(jié)構(gòu)的不合理而在模擬中出現(xiàn)錯誤；然后是對系統(tǒng)升溫過程，先給系統(tǒng)的各個原子以Boltzmen分布初速度，再模擬較短的時間以達到初步的平衡；最后進行真正的分子動力學模擬，即平衡過程。此過程一般時間步長為1fs,運行時間在ns量級，以保證模擬系統(tǒng)盡可能找到勢能的最低點。當然，對于其他的操作，如施加外力(模擬AFM加力)需要在平衡之后進行。在MD模擬的過程中，用戶可以運用配套的可視化軟件，如VMD等隨時觀測模擬的過程及系統(tǒng)的狀態(tài)。(3)后處理過程：MD模擬結(jié)束后，GROMACS會產(chǎn)生一系列文件,如.pdo文件(受力分析文件)、.trr文件(模擬過程結(jié)果文件)、.edr文件(能量文件)

9、等。同時，GROMACS本身還提供了多種分析程序，可以對這些文件進行分析，可以得到分子體系的各種信息。2GROMACS安裝流程解壓縮fftw，lam-mpi，gromacs源碼3tar-zxvffftw-3.1.2.tar.gztar-xvfgromacs-3.3.1.tar.gztar-zxvflam-7.1.3.tar.gz編譯lam-mpicdlam-7.1.3./configure-prefix=/home/lam-7.1.3-without-fc-with-rsh=ssh-xmakemakeinstall注：-without-fc是不編譯mpif77，可以去掉添加mpi環(huán)境變量exp

10、ortPATH=$PATH:/home/lam-7.1.3/bin(appendto.bashrc)編譯fftw單雙精度版cdfftw-3.1.2./configure-enable-float-enable-mpi-prefix=/home/fftw-3.1.2makemakeinstallmakedistclean./configure-disable-float-enable-mpi-prefix=/home/fftw-3.1.2設(shè)置fftw環(huán)境變量exportCPPFLAGS=-I/home/fftw-3.1.2/includeexportLDFLAGS=-L/home/fftw-3.

11、1.2/lib編譯gromacscdgromacs-3.3.1./configure-prefix=/home/gromacs-3.3.1-enable-mpimakemakeinstallmakedistclean./configure-prefix=/home/gromacs-3.3.1-program-suffix=_d-enable-mpi-disable-float(5)設(shè)置gromacs環(huán)境變量exportPATH=$PATH:/home/gromacs-3.3.1/bin(appendto.bashrc)(6)編譯gromacs源包里的其它文件(可選)makecontrib注：這

12、步可以省去update:gromacs-4.0，fftw-3.2.1，lam7.1.4與上面的方法完全相同，只需更換目錄即可。模擬步驟Belowispresentedageneralisedprocedureforperformingasimulation.Theexactstepsandprocessesinvolvedwillvarydependingonexactlywhatisbeingattempted.Useasageneralguideonly!1Clearlyidentifytheproperty/phenomenaofinteresttobestudiedbyperformi

13、ngthesimulation.2Selecttheappropriatetoolstobeabletoperformthesimulationandobservetheproperty/phenomenaofinterest.Itisimportanttoreadandfamiliariseyourselfwithpublicationsbyotherresearchersonsimilarsystems.Toolsinclude:-softwaretoperformthesimulationwith,considerationofforcefieldmayinfluencethisdeci

14、sion.-forcefieldwhichdescribeshowtheatoms/particleswithinthesysteminteractwitheachother.Selectonethatisappropriateforthesystembeingstudiedandtheproperty/phenomenaofinterest.Veryimportantandnon-trivialstep!3Obtain/generatetheinitialcoordinatefileforeachmoleculetobeplacedwithinthesystem.4Generatethera

15、wstartingstructureforthesystembyplacingthemoleculeswithinthecoordinatefileasappropriate.Moleculesmaybespecificallyplacedorarrangedrandomly.5Obtain/generatethetopologyfileforthesystem,using(forexample)pdb2gmx,PRODRGoryourfavouritetexteditorinconcertwithchapter5oftheGROMACSManual.6Describeasimulationb

16、ox(e.g.usingeditconf)whosesizeisappropriatefortheeventualdensityyouwouldlike,fillitwithsolvent(e.g.usinggenbox),andaddanycounter-ionsneededtoneutralizethesystem(e.g.usinggromppandgenion).Inthesestepsyoumayneedtoedityourtopologyfiletostaycurrentwithyourcoordinatefile.7Runanenergyminimisationsimulatio

17、nonthesystem(usinggromppandmdrun).Thisisrequiredtosortoutanybadstartingstructurescausedduringgenerationofthesystem,whichmaycausetheproductionsimulationtocrash.8Selecttheappropriatesimulationparametersfortheequilibrationsimulation(definedin.mdpfile).Youneedtobeconsistentwithhowforcefieldwasderived.Yo

18、umayneedtosimulateatNVTwithpositionrestraintsonyoursolventand/orsolutetogettheTalmostright,thenrelaxtoNPTtofixthedensity,thenmovefurther(ifneeded)toreachyourproductionsimulationensemble(e.g.NVT,NVE).9Runtheequilibrationsimulationforsufficienttimesothatthesystemrelaxessufficientlytoallowtheproduction

19、runtobecommenced(usinggromppandmdrun,theng_energyandtrajectoryvisualisationtools).10Selecttheappropriatesimulationparametersfortheproductionsimulation(definedin.mdpfile),inparticularbecarefulnottore-generatethevelocities.Youstillneedtobeconsistentwithhowtheforcefieldwasderivedandhowtomeasuretheproperty/phenomenaofinterest.11Runtheproductionsimulationforsufficienttimesothatproperty/pheno-menaofinterestcanbeobservedinrequireddetail(usinggrompp/tpbconvand