Gromacs教程II-MD结果分析

Gromacsmdp文件参数详解Gromacs mdp文件参数详解title = BPTI inwater, 300K ；名字啦cpp = /lib/cpp ；预处理程序，gcc的路径define = -DPOSRES_LIPID ；对top文件的控制选项-DFLEXBLE:这个选项告诉grompp水分子是柔性的，非刚体-DPOSRES：限制自由度;constraints = all-bondsintegrator = md ；算法，md这里表示蛙跳算法dt = 0.001 ; ps! ；时间步长nsteps = 1000 ; total 10ps. ；步数comm_mode = None ；linear对质心平动，anglar平动+转动，none对质心无限制nstxout = 0 ；将坐标写入输出轨迹文件的频率nstvout = 0 ；将速度写入输出轨迹文件的频率nstfout = 0 ；将力写入输出轨迹文件的频率nstxtcout = 500 ；将坐标写日xtc坐标文件的频率nstlog = 1000 ；将能量写入log文件的频率nstenergy = 1000 ；将能量写入energy文件的频率nstlist = 10 ；neighborlist 的更新频率ns_type = grid ；neighborsearch 的种类，分两种grid：格子和simple coulombtype = PME ；库伦作用种类，cut-off，ewald，PME,PPPM....rlist = 1.0 ；短程neighbor-list截断半径rcoulomb = 1.0 ；库伦截断半径rvdw = 1.0 ；范德华力截断半径; Berendsen temperature coupling is on in two groupsTcoupl = berendsen ；热浴，berendsen和nose-hoovertc-grps = CNT SOL ；分别进行热浴的类tau_t = 0.1 0.1 ；热浴时间常数（ps）ref_t = 300 300 ；热浴的参考温度（对不同的类分别指定）; Energy monitoringenergygrps = CNT SOL; non-equilibrium MDfreezegrps = CNT ；指出受约束的系统freezedim = YY Y ；Y=yes，N=no，三个字母分别代表xyz轴; Isotropic pressure coupling is now on;Pcoupl = berendsen ；NO：无压力耦合，盒子尺寸大小固定，berendsen:每个时间步长都会重新度量盒子大小，Parrinello-Rahman;Pcoupltype =semiisotropic;tau_p = 1.0 1.0 ；耦合时间常数;compressibility = 0 4.5e-5 ；压缩系数;ref_p =1.0 1.0 ；参考压强; Generate velocites is off at 300 K.gen_vel = no ；no：初始速度为零yes：按照麦克斯韦分布设定初始速度gen_temp = 300.0 ；麦克斯韦分布的温度gen_seed = 173529 ；使用随机发生器来产生随机速度(time()+ getpid()) % 1000000。

基于分子动力学的常用力场算法及结果分析分子动力学（Molecular Dynamics，MD）是一种用于模拟分子体系的计算方法。

它通过数值积分牛顿运动方程，在不同的时间步长上模拟分子系统中的粒子的运动轨迹，从而可以研究分子体系的结构、动态性质等。

在这个过程中，力场、算法和结果分析是MD模拟的三个重要方面。

常用力场：力场是描述粒子间相互作用的形式化数学模型。

传统的力场分为两类：力场拟合和量子力场。

力场拟合是通过拟合实验数据得到的经验势能函数。

常见的力场拟合方法有AMBER力场、CHARMM力场和GROMOS力场等。

而量子力场则是以量子力学理论为基础的理论方法，它通过求解电子结构问题进一步得到粒子的势能函数。

常见的量子力场有DFT力场（密度泛函理论力场）和Hartree-Fock力场等。

不同的力场适用于不同的体系和研究目的。

常用算法：MD模拟中常用的算法有Verlet算法、Leap-Frog算法和Velocity Verlet算法。

这些算法的核心思想都是利用牛顿力学中的数值积分方法对分子的运动方程进行求解。

Verlet算法通过使用离散时间点上的速度和位置信息来计算下一个时间点上的位置；Leap-Frog算法在计算速度和位置之间采用了半步的时间差；Velocity Verlet算法则在时间差计算上进一步改进了Leap-Frog算法，提高了计算精度。

此外，还有更高级的算法，如多时间步算法和并行计算等，以提高计算效率。

结果分析：MD模拟得到的结果可以通过多种方式进行分析。

最基本的分析方法是计算体系的物理性质，如能量、压力、温度等物理量的变化。

此外，还可以通过结构分析来研究分子体系的结构演变和特性。

结构分析常用的方法有径向分布函数分析、键长分析、键角分析等。

动力学性质的分析可以通过计算自相关函数、速度自由时间分布等来得到。

此外，模拟结果还可以通过与实验数据的对比来验证模拟的合理性，并根据实际问题选择合适的结果表达方式，如动画、图表等。

gromacs使用手册摘要：1.引言2.gromacs 简介3.gromacs 的基本使用3.1 安装gromacs3.2 创建模拟系统3.3 运行模拟3.4 分析结果4.gromacs 的高级使用4.1 模拟参数设置4.2 力场参数设置4.3 脚本编写与批处理5.gromacs 的常见问题及解决方法6.总结正文：gromacs 使用手册gromacs 是一款开源的分子动力学模拟软件，广泛应用于生物大分子、药物分子、液晶等体系的模拟研究。

本手册将详细介绍gromacs 的使用方法及高级技巧。

1.引言分子动力学模拟是一种通过计算原子之间的相互作用力，来研究分子运动规律的方法。

gromacs 作为一款功能强大的分子动力学模拟软件，得到了广大科研工作者的青睐。

2.gromacs 简介gromacs 是一款基于GROMOS 力场的分子动力学模拟软件，支持多种体系、多种力场的模拟计算。

gromacs 采用高效的算法和技术，可以实现高效的大规模模拟计算。

3.gromacs 的基本使用3.1 安装gromacs用户可以根据gromacs 的官方文档，选择合适的安装方式，如使用编译器进行编译安装，或使用包管理器进行安装。

3.2 创建模拟系统首先需要构建分子模型，包括原子类型、坐标文件、相互作用参数等。

接着，通过gromacs 的脚本或命令行，设定模拟参数，如温度、压力、模拟时间等。

3.3 运行模拟根据设定的参数，运行gromacs 命令，开始模拟计算。

gromacs 会生成一系列模拟结果文件，包括轨迹文件、能量文件、坐标文件等。

3.4 分析结果使用gromacs 提供的分析工具或其他第三方软件，对模拟结果进行后处理，如计算均方根偏差（RMSD）、计算相互作用能等。

4.gromacs 的高级使用4.1 模拟参数设置根据实际需求，调整模拟参数，如采用更高级的力场、改变模拟方法等，以优化模拟效果。

4.2 力场参数设置通过修改力场参数文件，可以自定义力场参数，以适应不同体系的研究需求。

gromacs使用手册摘要：1.Gromacs 简介2.Gromacs 的功能3.Gromacs 的使用方法4.Gromacs 的常见问题与解决5.总结正文：1.Gromacs 简介Gromacs 是一个开源的生物大分子模拟软件，主要用于分子动力学模拟和静态结构计算。

Gromacs 这个名字来自于“Groningen 分子模拟器”的缩写，起初是由荷兰格罗宁根大学的Willem van Gunsteren 和他的团队开发的。

如今，Gromacs 已经被广泛应用于生物物理学、药物设计等领域，成为分子模拟领域的重要工具之一。

2.Gromacs 的功能Gromacs 具有以下主要功能：(1) 分子动力学模拟：Gromacs 可以模拟分子体系在不同温度和压力下的动力学行为，包括分子之间的相互作用、运动轨迹等。

(2) 静态结构计算：Gromacs 可以通过分子动力学模拟和最小化势能的方法来计算分子的静态结构，如蛋白质的三维结构。

(3) 模拟过程中能量计算：Gromacs 可以计算分子体系在模拟过程中的各种能量，如动能、势能、内能等。

(4) 模拟结果的分析与可视化：Gromacs 提供了一系列工具用于分析模拟结果，如轨迹分析、距离计算、能量分解等。

同时，Gromacs 还支持将模拟结果可视化为三维图像，便于用户观察分析。

3.Gromacs 的使用方法使用Gromacs 进行分子动力学模拟的基本步骤如下：(1) 准备模型：首先需要准备待模拟的分子模型，通常是以.pdb 文件格式存储的蛋白质三维结构。

(2) 设置模拟参数：根据需求设置模拟的初始条件、时间步长、温度、压力等参数。

(3) 运行模拟：使用Gromacs 提供的命令行工具执行模拟任务。

(4) 分析结果：模拟完成后，使用Gromacs 的工具对结果进行分析，如计算各种能量、绘制轨迹图等。

(5) 可视化结果：将分析结果可视化为三维图像，便于观察和分析。

4.Gromacs 的常见问题与解决在使用Gromacs 过程中，可能会遇到以下常见问题：(1) 模拟过程中出现异常：如程序崩溃、模拟结果异常等。

Gromacs教程II（MD结果分析）-全球中文课程(二):结果分析海怀素衣9MD结果分析模拟完成后，可对数据进行分析分析包括三个阶段首先，有必要检查模拟的质量。

如果检查结果表明模拟是好的，那么模拟可以用来回答所研究的问题。

最后，可以组合不同的模拟结果注意:文件名应该反映文件的内容，它根据您的模拟系统而变化。

让我们假设使用默认文件名，然后将生成以下文件:？？？？？？topol.tpr:模拟开始时包含完整系统描述的输入文件；Confout.gro:健壮的结构，包括最后一步的坐标和速度；Traj.trr:所有精确轨迹，包括位置、速度和时变力traj.xtc:压缩轨迹文件，仅包含低精度(0.001 nm)坐标信息；Ener.edr:一段时间内的能量数据md.log:模拟过程日志注:许多分析工具都可以生成。

xvg文件这些文件可以通过xmgr或xmgrace查看，也可以通过python脚本xvg2ascii.py在终端上显示每个小组写一份报告。

对于一般问题，报告中应给出一个答案。

每个模拟的具体问题应该是g。

在开始分析之前，确保模拟正确完成。

导致仿真中断的原因有很多，特别是与力场和系统的平衡不充分引起的问题。

要检查模拟是否正确完成，请运行gmxcheck程序:gmx check-ft Raj . xtc，查看模拟是否执行了10纳秒。

==Q==轨迹文件中有多少帧，时间分辨率是多少？的另一个重要信息源是日志文件在md.log文件的末尾，有模拟过程的统计数据。

包括内存和CPU的使用以及模拟时间查看日志文件的末尾，当使用“less”命令时，可以使用“G”(shift-G)命令跳到文件的末尾==Q==实时模拟运行了多长时间(小时)，模拟速度是多少(ns/天)，需要多少年才能达到一秒？(T )==Q==在大多数计算中，对势能的贡献是什么？不要害怕使用Gromacs在线手册，这是“在groumacs邮件列表中搜索”的有趣部分，甚至可以使用谷歌来获得关于groumacs使用的术语的信息。

gromacs使用手册摘要：一、Gromacs简介二、Gromacs的安装与配置三、Gromacs的基本操作1.创建模拟配置文件2.运行模拟3.分析结果四、Gromacs的高级功能1.分子动力学模拟2.热力学计算3.对接与筛选五、Gromacs的优缺点六、Gromacs的未来发展正文：一、Gromacs简介Gromacs是一款用于分子动力学模拟的开源软件，广泛应用于生物化学、材料科学等领域。

它具有高效的计算性能、丰富的功能和友好的用户界面，为科学家提供了强大的分子模拟工具。

二、Gromacs的安装与配置要在计算机上安装Gromacs，首先需要确保满足系统的硬件和软件要求。

接下来，按照官方文档的指引进行安装和配置。

在配置过程中，用户可以根据自己的需求选择相应的模块和参数。

三、Gromacs的基本操作1.创建模拟配置文件要运行Gromacs，首先需要创建一个模拟配置文件（gro文件），其中包含了模拟系统的信息，如原子、盒子、温度、压力等。

通过编辑gro文件，用户可以设置模拟的具体参数。

2.运行模拟在完成gro文件设置后，使用Gromacs提供的脚本（如mdrun）运行模拟。

根据需要，用户可以选择不同的模拟模式，如NVT、NPT等。

3.分析结果Gromacs可以自动生成模拟过程中的数据文件（如gro、xtc、trr等），用户可以通过Gromacs提供的分析工具（如g_analysis）对这些文件进行处理和可视化。

四、Gromacs的高级功能1.分子动力学模拟Gromacs支持多种分子动力学算法，如Verlet积分器、Langevin动力学等。

用户可以根据研究需求选择合适的算法进行模拟。

2.热力学计算Gromacs可以用于计算系统的热力学性质，如比热、熵等。

这些计算有助于深入了解系统的热力学行为。

3.对接与筛选Gromacs提供了对接和筛选工具，用于寻找分子间的最佳结合位点。

这对于药物设计和蛋白质筛选等领域具有重要的应用价值。

1 Generating topologies and coordinates 生成拓扑和坐标文件1-1 pdb2gmx PDB文件转换到拓扑文件(.top)和坐标文件(.gro)1-2 g_x2top 从坐标文件(.gro)生成一个原始拓扑文件(.top)1-3 editconf编辑盒子及写入子组（subgroups）1-4 genbox体系溶剂化1-5 genion加入抗衡离子1-6 genconf 增加一个随机方向的构象1-7 genrestr 生成索引组的位置限制或距离限制1-8 g_protonate 质子化结构2 Running a simulation 模拟运行2-1 grompp生成一个运行输入文件2-2 tpbconv 从一个停止的运行生成一个重新运行的输入文件2-3 mdrun 执行模拟、正态分析及能量最小化3 Viewing trajectories 轨迹查看3-1 ngmx显示一条轨迹3-2 g_highway X Window System小工具，用于highway模拟3-3 g_nmtraj 从一个本征矢量eigenvector生成一个虚拟轨迹4 Processing energies 能量处理4-1 g_energy将能量写入xvg文件并显示平均值4-2 g_enemat 从能量文件中提取能量矩阵4-3 mdrun -rerun（重新）计算轨迹帧的能量5 Converting files 文件转换5-1 editconf 转换和编辑结构文件5-2 trjconv 转换和编辑轨迹文件5-3 trjcat连接轨迹文件5-4 eneconv 转换能量文件5-5 xpm2ps5-6 g_sigeps6 Tools 工具6-1 make_ndx制作索引文件6-2 mk_angndx 生成索引文件，用于g_angle6-3 gmxcheck 检查并比较文件6-4 gmxdump 生成人可读的二进制文件6-5 g_traj 从轨迹文件中绘制选定的原子或组的x、v、f6-5 g_analyze 分析数据集6-6 trjorder 根据与一个组的距离定义分子序数6-7 g_filter 轨迹频率过滤，制平滑的动画6-8 g_lie 线性拟合自由能评估6-9 g_dyndom 内插和外推结构旋转6-10 g_morph线性内插构象6-11 g_wham伞形抽样后加权直方分析6-12 xpm2ps convert XPM (XPixelMap) file to postscript6-13 g_sham读/写xmgr和xvgr数据集6-14 g_spatial 计算空间分布函数6-15 g_select selects groups of atoms based on flexible textual selections 6-16 g_tune_pme time mdrun as a function of PME nodes to optimize settings7 Distances between structures 结构间的差距7-1 g_rms 计算与参考结构之间的均方根偏差及其矩阵7-2 g_confrms叠合两个结构，并计算其rmsd7-3 g_cluster 团簇结构7-4 g_rmsf计算原子波动值8 Distances in structures over time 随时间变化，结构间差距8-1 g_mindist 计算两组间的最小距离8-2 g_dist 计算两组之间的质量中心的距离8-3 g_bond 计算原子间的距离8-4 g_mdmat 计算残留联系地图contact maps8-5 g_polystat 计算聚合物的静态属性8-6 g_rmsdist calculates atom pair distances averaged with power -2, -3 or -69 Mass distribution properties over time 随时间变化，质量分布性质9-1 g_traj plots x, v, f, box, temperature and rotational energy9-2 g_gyrate 计算回转半径9-3 g_msd 计算均方位移9-4 g_polystat 计算聚合物的静态属性9-5 g_rotacf 计算分子转动的相关函数9-6 g_rdf 径向分布函数的计算9-7 g_rotmat 根据参考结构绘制旋转矩阵图9-8 g_vanhove 计算凡霍夫位移函数10 Analyzing bonded interactions 分析键相互作用10-1 g_bond 计算键长分布10-2 mk_angndx 生成索引文件g_angle10-3 g_angle 计算角度和二面角的分布及相关性10-4 g_dih 二面角转换分析11 Structural properties 结构特性11-1 g_hbond 计算和分析氢键11-2 g_saltbr 计算盐桥11-3 g_sas 计算溶剂可及表面面积11-4 g_order computes the order parameter per atom for carbon tails11-5 g_principal 计算一组原子惯性轴11-6 g_rdf 计算径向分布函数11-7 g_sgangle 计算两组间的角度和距离11-8 g_sorient 分析溶质周围溶剂取向11-9 g_spol 分析溶质周围溶剂偶极取向和极化11-10 g_bundle 分析捆轴，如螺旋11-11 g_disre 分析距离限制11-12 g_clustsize 计算原子团簇尺寸分布11-13 g_anadock cluster structures from Autodock runs12 Kinetic properties 动力学性质12-1 g_traj plots x, v, f, box, temperature and rotational energy12-2 g_velacc 计算速度自相关函数12-3 g_tcaf 计算液体粘度12-4 g_bar 通过Bennett’s acceptance ratio接受率计算估计自由能差12-5 g_current 计算当前系统的自相关函数12-6 g_vanhove 计算凡霍夫相关函数12-7 g_principal calculate principal axes of inertion for a group of atoms13 Electrostatic properties 静电性质13-1 genion 添加带电离子13-2 g_potential 计算盒子中的静电势13-3 g_dipoles 计算总偶极波动13-4 g_dielectric 根据介电常数计算频率13-5 g_current 根据电荷计算体系介电常数13-6 g_spol 分析溶质周围的偶极子14 Protein specific analysis 蛋白质特殊分析14-1 do_dssp 计算分配二级结构和溶剂可及表面面积14-2 g_chi 计算所有需要的chi和其他二面角14-3 g_helix 计算α螺旋结构的基本性质14-4 g_helixorient 计算本地pitch/弯曲/旋转/内螺旋方向14-5 g_rama computes Ramachandran plots14-6 g_xrama shows animated Ramachandran plots14-7 g_wheel plots helical wheels15 Interfaces 界面15-1 g_potential计算盒子静电势15-2 g_density 计算体系密度15-3 g_densmap计算二维平面或轴向-径向密度图15-4 g_order computes the order parameter per atom for carbon tails 15-5 g_h2order 计算水分子的方向15-6 g_bundle 分析捆轴，如跨膜螺旋15-7 g_membed 蛋白质嵌入脂双层16 Covariance analysis 协方差分析16-1 g_covar 计算和对角化协方差矩阵16-2 g_anaeig 分析特征向量16-3 make_edi 生成输入文件用于本质动力学抽样17 Normal modes 正态模式17-1 grompp 生成运行输入文件17-2 mdrun 发现一个潜在的能量最低17-3 mdrun 计算Hessian17-4 g_nmeig 对角化Hessian17-5 g_nmtraj 产生本征模的振荡轨迹17-6 g_anaeig 正态模式分析17-7 g_nmens 从正常模式生成的结构合奏分析命令1 Groups in Analysis1-1 make_ndx To generate an index file consisting of a series of atom numbers 1-2 mk_angndx To generate an index file with angles or dihedralsDefault GroupsSelections1-3 g_select2 Looking at trajectory2-1 ngmx3 General properties3-1 g_energy3-2 g_traj。

Gromacs教程II（MD结果分析）-Gromacs教程II（MD结果分析）-全球中文课程(二):结果分析海怀素衣9MD结果分析模拟完成后，可对数据进行分析分析包括三个阶段首先，有必要检查模拟的质量。

如果检查结果表明模拟是好的，那么模拟可以用来回答所研究的问题。

最后，可以组合不同的模拟结果注意:文件名应该反映文件的内容，它根据您的模拟系统而变化。

让我们假设使用默认文件名，然后将生成以下文件:topol.tpr:模拟开始时包含完整系统描述的输入文件；Confout.gro:健壮的结构，包括最后一步的坐标和速度；Traj.trr:所有精确轨迹，包括位置、速度和时变力traj.xtc:压缩轨迹文件，仅包含低精度(0.001 nm)坐标信息；Ener.edr:一段时间内的能量数据md.log:模拟过程日志注:许多分析工具都可以生成。

xvg文件这些文件可以通过xmgr或xmgrace查看，也可以通过python脚本xvg2ascii.py在终端上显示每个小组写一份报告。

对于一般问题，报告中应给出一个答案。

每个模拟的具体问题应该是g。

在开始分析之前，确保模拟正确完成。

导致仿真中断的原因有很多，特别是与力场和系统的平衡不充分引起的问题。

要检查模拟是否正确完成，请运行gmxcheck程序: gmx check-ft Raj . xtc，查看模拟是否执行了10纳秒。

==Q==轨迹文件中有多少帧，时间分辨率是多少？的另一个重要信息源是日志文件在md.log文件的末尾，有模拟过程的统计数据。

包括内存和CPU的使用以及模拟时间查看日志文件的末尾，当使用“less”命令时，可以使用“G”(shift-G)命令跳到文件的末尾==Q==实时模拟运行了多长时间(小时)，模拟速度是多少(ns/天)，需要多少年才能达到一秒？(T )==Q==在大多数计算中，对势能的贡献是什么？不要害怕使用Gromacs在线手册，这是“在groumacs邮件列表中搜索”的有趣部分，甚至可以使用谷歌来获得关于groumacs使用的术语的信息。

GROMACS教程一Gromacs基本模拟流程 (3)1 下载pdb文件 (3)2 用pdb2gmx 处理pdb 文件 (3)3 建立盒子 (3)5 设置能量最小化 (4)6 用grompp程序进行文件处理 (6)7 使用genion 和tpr文件添加离子 (6)8 用fws_ion.pdb来产生能量最小化的输入文件 (6)9 在后台运行能量最小化（在命令后加&） (7)二设置位置限制性动力学模拟 (7)三设置非限制性动力学模拟 (9)1 如何重启一个计算 (11)2 如何延长一个计算 (11)3 如何设置并行计算 (11)五模拟结果分析 (12)1 如何将特定帧的轨迹保存成*.pdb文件 (12)2 用ngmx观察轨迹文件（也可以用VMD观察轨迹文件) (12)3 比较常用的分析工具 (14)3.3 g_covar 计算斜方差 (16)3.4 g_energy 能量数据作图，如压力、体积、密度等 (16)3.5 g_gyrate 测量回旋半径 (17)3.6 g_rms 与g_rmsdist 计算结构的RMSD 值 (17)3.7 g_rmsf 计算原子位置的根均方波动（rmsf ） (18)3.8 do_dssp 计算模型的二级结构 (20)3.9 g_hbond 计算模拟过程中分子间的氢键的数目、距离或角度 (21)3.10 g_saltbr 分析模拟中残基间的盐桥 (21)GROMACS 是一个使用经典分子动力学理论研究蛋白质动力学的高端的高效的工具。

GROMACS是遵守GNU许可的免费软件，可以从以下站点下载：，并且可以在linux和Windows上使用。

在本教程中，将研究一个从漏斗形蜘蛛的毒液中分离的毒素。

我们将使用显性溶剂动力学的方法来进行研究。

首先比较真空中和溶解的模型。

我们将把毒素肽溶在水盒子里，紧接着用牛顿运动定律加以平衡。

我们还将比较偿离子在显性溶剂动力学中的影响。