.. _intro-startManual: ===================== 高级教程 ===================== 主要讲述VMD中脚本的编写、命令的自定义、插件的编写、插件的介绍。 脚本、命令、插件 ======================= VMD支持TCL 编程语言，故可以借助TCL让VMD无所不能，VMD除了显示软件，也能成为计算软件。 脚本：把VMD作为一个模块，利用已有的命令实现一些计算功能。 命令：VMD中内置了一些命令，如measure等，我们也可以自定义新的命令。 插件：VMD中内置了一些插件，如MovieMaker等，我们也可以自定义插件。 .. note:: 编写VMD脚本、命令、插件，需要有一定的编程基础就可以。 脚本1 对齐和移动2个构象 ---------------------------- 假设2个构象对应的分子ID分别是0和1。 通过如下脚本命令把1的构象移动到0的构象上。 .. code-block:: py set ref [atomselect 0 "backbone"] set target [atomselect 1 "backbone"] measure fit $target $ref $target move [measure fit $target $ref] 安装VMD中的命令 ------------------------ 这里我以这个命令 `FocalBlur`_ 为例进行演示。 1. 下载 focal_blur.py脚本，https://raw.githubusercontent.com/Pymol-Scripts/Pymol-script-repo/master/focal_blur.py 比如下载到D盘根目录下面 d:/focal_blur.py 2. 打开pymol,在命令窗口输入run d:/focal_blur.py 就完成了安装。 3. 运行命令 FocalBlur aperture=4,samples=400,ray=0 FocalBlur一共有5个参数： - aperture - samples - ray - width - height 该命名和单反的光圈相关，控制景深的。 **需要开启ray=1 才能看到光圈景深的效果** 修改VMD的默认设置 -------------------------------------------- 我个人习惯保存突变的时候使用白色背景、关闭光照阴影，而默认的是透明背景， 每次保存图片的时候都需要用命令" set ray_opaque_background, 1 "设置白色背景，比较麻烦。 我们可以通过下面的方法，修改PyMOL的默认设置。 建议创建一个脚本 pymolset.py, 假设该脚本存放在D盘 .. code-block:: py # AUTOGENERATED FILE from pymol import cmd, invocation cmd.set("bg_rgb", 'white') cmd.set("ray_opaque_background", '1') cmd.set("ray_shadow", 'off') 如果不知道如何定义pymolset.py，可以通过 `save_settings.py `_ 如果无法下载从国外网站下载，可通过下面的百度云链接进行下载。 .. code-block:: console 链接：https://pan.baidu.com/s/1vWNU5ssyOTvMkPAHVqQ27g?pwd=ejsg 提取码：ejsg 在PyMol 命令窗口下，先修改成自己想要的设置，运行下面的命令就可以自动生成pymolset.py 文件。 .. code-block:: console run save_settings.py save_settings pymolset.py 生成pymolset.py后，用文本编辑器打开进行编辑修改，保留自己需要设置就可以了。 创建命令 --------------------- 这里我举一个例子: 计算两个苯环之间的距离或者五元环和苯环之间的距离。 拓展：计算2个object的中心距离。 首先我们为命令起名字，要求是简洁高效，通过命令就能猜测到这个命令的功能。 这里我起的脚本名 dist_center。 核心是在python 脚本中定义这个函数，并cmd.extend拓展命令。 框架如下 .. code-block:: python :linenos: from pymol import cmd def dist_center(obj1="obj01",obj2="obj02",showflag=True): pass cmd.extend("dist_center", dist_center) 完整代码(dist_center_2obj.py)如下： .. literalinclude:: ../_static/scripts/dist_center_2obj.py :language: python :linenos: 演示如下： 载入蛋白，运行run dist_center_2obj.py命令； 把TRY-72侧链苯环6个原子保存为obj01; 把HIS-351侧链咪唑环的5个原子保存为obj02; 运行命令 dist_center obj01,obj02 即可测量距离。 .. image:: ../_static/dist_COMMAND.png :align: center :width: 60% 创建向量draw_vector --------------------------------------------- VMD的宏录制 ----------------------------- 点击 File->Log TCL COMMAND TO FILE -> 填写宏的名字 xxx.txt 然后操作VMD， 操作完成后点击 File->Trun off logging; 文本编辑器（如vscode）打开宏文件就可以查看里面的命令。 VMD插件fftk推荐 ====================================================== fftk介绍 -------------------------- fftk (Force Field Toolkit) 是一个用于力场参数优化和生成的 VMD 插件， 旨在简化和自动化分子模拟中力场参数的生成和调整过程。 fftk安装 ------------------------- fftk是VMD内置的插件，安装VMD后就自动包含该插件，无需额外安装。 fftk 依赖软件 ------------------------------------ 1. Gaussian软件，对软件版本要求较高，部分版本的Gaussian可能无法计算Z-matrix 格式的文件。 .. note:: 建议使用正版g09 Gaussian，出现问题和官方联系； 或者使用g16版本的Gaussian, 修改log文件格式保持和g019一致。 fftk 是基于g09开发的。 2. namd2/namd3, NAMD和VMD都是由伊利诺伊大学香槟分校的理论与计算生物物理研究组开发。 fftk优化流程 ----------------------------------- 文献： .. code-block:: console C.G. Mayne, J. Saam, K. Schulten, E. Tajkhorshid, J.C. Gumbart. J. Comput. Chem. 2013, 34, 2757-2770. fftk 优化流程如下图所示： .. image:: /_static/fftkworflow2024-10-15_190012.707007.png :align: center 首先准备小分子的PDB文件和小分子的PSF文件, 可通过插件MoleFacture插件生成。 .. code-block:: console PSF文件：是分子的拓扑结构文件，包含体系所有分子的键、角、二面角、非正常二面角等拓扑信息。 NAMD 模拟，通常需要 4 个文件： 1. PDB 文件：包含系统的原子坐标信息。 2. PSF 文件：包含系统的拓扑信息。 3. PRM 文件：包含力场参数信息。 4. 配置文件（Conf 文件）：定义模拟控制参数。 然后是结构准备， 接着是电荷参数优化、键和角度参数优化、二面角优化， 最后是转换成Gromcs等动力学软件的格式。 step0 从头开始准备pdb 和psf 文件 ------------------------------------------ .. note:: 从头准备pdb 和psf文件适合简单的片段小分子（MW<300）， 对于复杂小分子（MW>300）推荐在cgenff的基础上进行优化参数。 官方教程是以乙醇EtOH分子为例进行介绍fftk操作的。 分子越简单，遇到的问题越少，可以先尝试简单分子熟悉操作。 再用fftk 应用到自己需要的分子上。 这里我以`Iptacopan `_ 分子为例进行介绍， 首先转换成JGQ.mol2 文件,这是一个两性分子，包含一个质子和一个羧酸；修该mol2中的残基名称为JGQ 然后提交到 `cgenff `_ 网站处理； cgenff网站会基于结构给出罚分，如下图所示： .. image:: /_static/cgenff2024-10-16_082828.922281.png :align: center 我们看Param Penalty: 50.500；Charge Penalty: 41.413。Penalties 超过50需要验证和优化参数； cgenff推荐用 `FFParm `_ 工具去优化力场参数， 这里我们使用 fftk 工具进行优化，这2个工具的原理是相似的。 .. note:: Penalty is the highest penalty score of the associated parameters. Penalties lower than 10 indicate the analogy is fair; penalties between 10 and 50 mean some basic validation is recommended; penalties higher than 50 indicate poor analogy and mandate extensive validation/optimization. 下载 `JGQ.zip 和 JGQ_gromacs.zip `_ 文件。 准备 psf 和 pdb 文件 ------------------------------ 从JGQ.zip文件中获得1. JGQ.cgenff.mol2 和 2. JGQ.str； 把JGQ.cgeff.mol2文件中sybyl的原子类型替换为charmm的原子类型（来自JGQ.str文件）， 保存为 `JGQ.cgeff.upate.mol2 `_ 。 VMD 加载分子JGQ.cgeff.upate.mol2，然后打开插件 Extensions -> Modeling ->MoleFacture， Selection文本框中填写 all ，然后点击start MoleFacture 按钮。 .. image:: /_static/MOLEFACTURE2024-10-16_103548.809817.png :align: center 在原子列表中依次选择原子， 对照JGQ.cgeff.upate.mol2修改原子类型（mol2文件原子类型最多是5位，而charmm的原子类型最多是6位），点击Edit selcted atom 修改原子类型。 .. note:: 原子列表中的有7个原子属性。 1. Index原子索引 2. Name 原子名称 3. Type 原子类型charmm 4. Elem 元素 5. Open 饱和状态，比如C 连4根键，则为饱和，还剩0根键可连；N连4根键，则过饱和，为-1；负电荷O，为1。 6. FormCharge 形式电荷 7. OxState 价键数目，C是4，N是3，O 是2， H是1。 原子列表修改完成后，在分子Molecule列表中，点击Edit segname/resname/chain 按钮设置segame和chain为L。 JGQ是两性分子，净电荷为0。 最后在MoleFacture窗口中点击FiLe->write psf and pdb files 按钮，导出PSF 和 PDB 文件。 如下图所示： .. image:: /_static/psfPDB2024-10-16_110822.689219.png :align: center step1 从头结构准备 ------------------------ **首先 准备初始化的par文件；** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择BuildPar标签页，在点开 Identify Missing parameters 内容。 2. 点击Browse 加载psf 文件。 3. 点击Browse 加载pdb文件。 4. 点击analye 按钮； 5. 点击save as 指定待保存的par 文件的位置； 6. 点击Write initial parameter file, 保存par文件； .. image:: /_static/parin2024-10-16_114623.168090.png :align: center **接着 给par文件增加VDW/LJ参数；** 1. 关闭 Identify Missing parameters ；打开 Assign Missing Parameter by analogy; 2. 点击 Browse 按钮定位到par文件； 3. 点击 load 加载par文件； 4. 加载charmm力场文件 top_all36_cgenff.rtf 和 par_all36_cgenff.prm .. image:: /_static/Missing2024-10-16_130914.429027.png :align: center 1. 依次选择原子类型； 2. 基于元素过滤； 3. 找到对应的原子类型； 4. 点击Set from reference 按钮 如下图所示： .. image:: /_static/vdwLJ2024-10-16_133302.949618.png :align: center 对所有原子类型进行VDW/LJ赋值以后，点击Update File 更新par 文件，如下图所示： .. image:: /_static/updatePar2024-10-16_134608.932096.png :align: center step1 从cgenff 网站开始准备PSF和PDB和PAR(推荐） ------------------------------------------------------- 这里我以`Iptacopan `_ 分子为例进行介绍， 首先转换成JGQ.mol2 文件,这是一个两性分子，包含一个质子和一个羧酸；修该mol2中的残基名称为JGQ 然后提交到 `cgenff `_ 网站处理； .. image:: /_static/cpPAR2024-10-16_151523.566998.png :align: center .. note:: 一定要勾选copy existing parameter选项； cgenff网站会基于结构给出罚分，如下图所示： .. image:: /_static/cgenff2024-10-16_082828.922281.png :align: center 经过cgenff网站处理获得 JGQ.cgenff.mol2 和 JGQ.str。 我们看Param Penalty: 50.500；Charge Penalty: 41.413。Penalties 超过50需要验证和优化参数； cgenff推荐用 `FFParm `_ 工具去优化力场参数， 这里我们使用 fftk 工具进行优化，这2个工具的原理是相似的。 **首先 从cgenff文件准备psf/pdb/par文件；** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择BuildPar标签页，在点开 Prepare Parameterization from CGenFF Program Output 内容。 2. 点击Browse 加载mol2 文件JGQ.cgenff.mol2。 3. 点击Browse 加载str文件JGQ.str。 4. 点击Browse 指定待保存的psf/pdb/par 文件的位置； 5. 设置resname,segname,chain信息； 6. 点击Analyze Input按钮找到异常参数； 7. 点击write psf/pdb 按钮生成JGQ.psf 和JGQ.pdb文件； 8. 点击write par 按钮生成JGQ.analogy.par 和JGQ.existing.par 文件； JGQ.analogy.par 是基于相似性的从charmm36中推测的参数，可以作为起点继续优化，尤其是对penalty比较高的参数进行优化。 JGQ.existing.par 是包含在charmm36中的力场参数，通常具有较高的准确性和可靠性，如果文件中没有参数， 说明cgenff网站计算的时候没有勾选copy existing parameters参数。 合并JGQ.existing.par 和JGQ.analogy.par 为 JGQ.par。 同时加上原子类型的vdw 和LJ 参数。 至此完成了psf/pdb/par的准备工作。 这里放一个初始化0的par 文件： `JGQ.ini.par `_ 。 .. code-block:: console !============================================================= ! ! Parameter file generated by the Force Field ToolKit (ffTK) ! ! For additional information, see: ! http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/plugins/fftk ! http://www.ks.uiuc.edu/Research/fftk ! ! Authors: ! Christopher G. Mayne ! Beckman Institute for Advanced Science and Technology ! University of Illinois, Urbana-Champaign ! http://www.ks.uiuc.edu/~mayne ! mayne@ks.uiuc.edu ! ! James C. Gumbart ! Georgia Institute of Technology ! http://simbac.gatech.edu ! gumbart_physics.gatech.edu ! ! If you use parameters developed using ffTK, please cite: ! C.G. Mayne, J. Saam, K. Schulten, E. Tajkhorshid, J.C. Gumbart. J. Comput. Chem. 2013, 34, 2757-2770. ! !============================================================= BONDS !V(bond) = Kb(b - b0)**2 ! !Kb: kcal/mole/A**2 !b0: A ! !atom type Kb b0 ! CG2RC0 CG2RC0 0.000 0.000 ! CG2RC0 CG2R61 0.000 0.000 ! ANGLES ! !V(angle) = Ktheta(Theta - Theta0)**2 ! !V(Urey-Bradley) = Kub(S - S0)**2 ! !Ktheta: kcal/mole/rad**2 !Theta0: degrees !Kub: kcal/mole/A**2 (Urey-Bradley) !S0: A ! !atom types Ktheta Theta0 Kub S0 ! ! CG2RC0 CG2R51 HGR51 0.000 0.000 ! CG2RC0 CG2R51 CG2R51 0.000 0.000 ! DIHEDRALS ! !V(dihedral) = Kchi(1 + cos(n(chi) - delta)) ! !Kchi: kcal/mole !n: multiplicity !delta: degrees ! !atom types Kchi n delta ! CG2RC0 CG2R51 CG2R51 NG2R51 0.0000 1 0.00 ! CG2RC0 CG2R51 CG2R51 HGR52 0.0000 1 0.00 ! IMPROPER ! !V(improper) = Kpsi(psi - psi0)**2 ! !Kpsi: kcal/mole/rad**2 !psi0: degrees !note that the second column of numbers (0) is ignored ! !atom types Kpsi psi0 ! NONBONDED nbxmod 5 atom cdiel shift vatom vdistance vswitch - cutnb 14.0 ctofnb 12.0 ctonnb 10.0 eps 1.0 e14fac 1.0 wmin 1.5 ! !V(Lennard-Jones) = Eps,i,j[(Rmin,i,j/ri,j)**12 - 2(Rmin,i,j/ri,j)**6] ! !epsilon: kcal/mole, Eps,i,j = sqrt(eps,i * eps,j) !Rmin/2: A, Rmin,i,j = Rmin/2,i + Rmin/2,j ! !atom ignored epsilon Rmin/2 ignored eps,1-4 Rmin/2,1-4 ! CG2O3 0.0 0.000000 0.000000 ! ! SET BY ANALOGY!!! CG2R51 0.0 0.000000 0.000000 ! ! SET BY ANALOGY!!! END 和一个cgenff赋值后的par 文件：`JGQ.cgenff.par < https://pan.baidu.com/s/17fyQ-2am3F1UV5PtAMbTUA?pwd=1scx>`_ 。 .. code-block:: console !============================================================= ! ! Parameter file generated by the Force Field ToolKit (ffTK) ! ! For additional information, see: ! http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/plugins/fftk ! http://www.ks.uiuc.edu/Research/fftk ! ! Authors: ! Christopher G. Mayne ! Beckman Institute for Advanced Science and Technology ! University of Illinois, Urbana-Champaign ! http://www.ks.uiuc.edu/~mayne ! mayne@ks.uiuc.edu ! ! James C. Gumbart ! Georgia Institute of Technology ! http://simbac.gatech.edu ! gumbart_physics.gatech.edu ! ! If you use parameters developed using ffTK, please cite: ! C.G. Mayne, J. Saam, K. Schulten, E. Tajkhorshid, J.C. Gumbart. J. Comput. Chem. 2013, 34, 2757-2770. ! !============================================================= BONDS !V(bond) = Kb(b - b0)**2 ! !Kb: kcal/mole/A**2 !b0: A ! !atom type Kb b0 ! CG2O3 CG2R61 200.000 1.500 ! 3CPY, pyridine-3-carboxylate (PYRIDINE nicotinic acid), yin CG2O3 OG2D2 525.000 1.260 ! PROT adm jr. 7/23/91, acetic acid ANGLES ! !V(angle) = Ktheta(Theta - Theta0)**2 ! !V(Urey-Bradley) = Kub(S - S0)**2 ! !Ktheta: kcal/mole/rad**2 !Theta0: degrees !Kub: kcal/mole/A**2 (Urey-Bradley) !S0: A ! !atom types Ktheta Theta0 Kub S0 ! ! CG2R61 CG2O3 OG2D2 40.000 116.000 50.00 2.3530 ! 3CPY, pyridine-3-carboxylate (PYRIDINE nicotinic acid), yin OG2D2 CG2O3 OG2D2 100.000 128.000 70.00 2.2587 ! PROT adm jr. 7/23/91, correction, ACETATE (KK) DIHEDRALS ! !V(dihedral) = Kchi(1 + cos(n(chi) - delta)) ! !Kchi: kcal/mole !n: multiplicity !delta: degrees ! !atom types Kchi n delta ! OG2D2 CG2O3 CG2R61 CG2R61 3.1000 2 180.00 ! BIPHENYL ANALOGS, peml CG2RC0 CG2R51 CG2R51 NG2R51 4.0000 2 180.00 ! PROT JWK 05/14/91 fit to indole IMPROPER ! !V(improper) = Kpsi(psi - psi0)**2 ! !Kpsi: kcal/mole/rad**2 !psi0: degrees !note that the second column of numbers (0) is ignored ! !atom types Kpsi psi0 ! CG2O3 OG2D2 OG2D2 CG2R61 96.0000 0.00 ! PROT 90.0->96.0 acetate, single impr (KK) WILDCARD NONBONDED nbxmod 5 atom cdiel shift vatom vdistance vswitch - cutnb 14.0 ctofnb 12.0 ctonnb 10.0 eps 1.0 e14fac 1.0 wmin 1.5 ! !V(Lennard-Jones) = Eps,i,j[(Rmin,i,j/ri,j)**12 - 2(Rmin,i,j/ri,j)**6] ! !epsilon: kcal/mole, Eps,i,j = sqrt(eps,i * eps,j) !Rmin/2: A, Rmin,i,j = Rmin/2,i + Rmin/2,j ! !atom ignored epsilon Rmin/2 ignored eps,1-4 Rmin/2,1-4 ! CG2O3 0.0 -0.070000 2.000000 ! CG2R51 0.0 -0.050000 2.100000 ! END step2 结构优化 ----------------------------------- **首先 准备Gaussian输入文件；** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择Opt.Geometry标签页。 2. 点击Browse 加载pdb 文件JGQ.pdb。 3. 点击Browse 设置Gaussian输入文件的位置JGQ.opt.gau。 4. 设置Gaussian输入文件参数。 5. 点击write Gaussian input file 按钮，生成JGQ.opt.gau 文件 .. image:: /_static/geoOPT2024-10-16_181150.863613.png :align: center **然后 利用量化软件Gaussian对结构进行优化** 在终端运行下述命令： .. code-block:: console nohup g16 JGQ.opt.gau & **最后 输出优化后的结构** 1. 点击Browse 加载pdb 文件JGQ.pdb。 2. 点击Browse 设置Gaussian输出文件的位置JGQ.opt.log。 3. 点击save as 设置优化后的结构文件JGQ.opt.pdb。 4. 点击load Gaussian log fle 加载优化后结构到VMD窗口中；检查结构是否正确，比如H原子的位置。 5. 若结构没有问题，点击write Optimized Geometry to PDB 按钮，生成JGQ.opt.pdb 文件。若结构有问题，修改结构或者参数重新优化。 如下图所示： .. image:: /_static/geoOPTresult2024-10-17_082328.731906.png :align: center step3 水相互作用能计算watint ------------------------------------------ **首先 准备计算配体和水分子相互作用能的Gaussian输入文件** .. note:: 计算配体和水分子相互作用能需要3个文件：1. 复合物文件；3.配体文件；4.水分子文件； 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择Water Int.标签页。 2. 点击Browse 加载 psf 文件JGQ.psf。 3. 点击Browse 加载结构优化后的 pdb 文件JGQ.opt.pdb。 4. 设置Water Int. 工作路径，计算water int.所有输出文件的路径。 5. 点击load psf/pdb 加载结构信息到VMD中。 6. 点击Base name from top 设置Basename。 7. 点击write Gaussian input file 按钮，生成JGQ.opt.gau 文件 8. 点击 AutoDetect Indices 按钮自动检测配体上的氢键受体和氢键供体；只有氢键供体和氢键受体才可以和水分子形成稳定相互作用； 9. 点击 Toggle Sphere Viz. 确认氢键供体和受体是否正确。 - **红色球**：表示氢键受体。 - **蓝色球**：表示氢键供体。 - **绿色球**：表示同时为氢键供体和受体。 吲哚的 N 原子的索引为 24 号，被标记为红色小球（氢键受体），但由于 N 原子的孤对电子与芳香环共轭，通常不作为氢键受体。 因此，需要从 Acceptor Indices中移除索引 24。 碳原子被标记为绿色，因此应移除碳原子的索引范围：0-2, 19-24, 10-16。 10. 检查完成后，设置Gaussian参数，并点击Write Gaussian Input Files生成Gaussian的输入文件。 如下图所示： .. image:: /_static/watINT2024-10-17_092623.448840.png :align: center .. note:: 注意：不是所有的氢键受体和供体附近都适合放置水分子的。 检查所有Gau输入文件中水分子位置是否合适，如果不合适，手动调整到合适的位置， 如果无法调整到合适的位置则删除文件。 **然后 执行Gaussian计算** .. code-block:: console nohup g16 xxx.gau & 或者 nohup g09 xxx.gau & **最后 检出Gaussian输出结构是否合理** 在VMD 或者 gview中检查输出结构，如果不合适，手动调整到合适的位置，重新优化。 如果无法调整到合适的位置则删除文件。 至此完成了所有的准备工作。 step4 电荷优化更新psf文件 --------------------------------- **首先 准备电荷优化的输入文件；** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择Opt.charges标签页,展开input的内容。 2. 点击Browse 加载psf 文件JGQ.psf。 3. 点击Browse 加载pdb 文件 JGQ.opt.pdb。 4. 点击load psf/pdb按钮加载分子到VMD中。 5. 点击Resname from top 设置Resname。 6. 点击add 按钮加载par 文件JGQ.par。 7. 点击save as 按钮，设置电荷优化过程中的日志文件，建议文件名的命名方式ChargeOpt.n.log。n从0开始，每优化一次加1。 如下图所示： .. image:: /_static/chargeoptIN2024-10-17_184012.353393.png :align: center **然后 设置需要优化的电荷** 1. 关闭input的内容，打开charge constraints内容。 2. 点击Guess 加载所有的原子电荷。 3. 依次选中电荷为+0.09的非极性氢原子并删除。迭代循环，删除所有的电荷为+0.09的非极性氢原子。这是charmm力场固定的电荷，不需要优化。 4. 确认分子的净电荷，并点击Calculate from psf按钮进行计算，需要优化的电荷总和。 如下图所示： .. image:: /_static/chargecon2024-10-17_190408.192473.png :align: center **接着 载入量化的计算结果** 1. 关闭charge constraints内容，打开QM Target Data内容。 2. 浏览配体的HF2 log文件 JGQ-sp-HF2.log。 3. 浏览配体的MP2 log文件 JGQ-sp-MP2.log。 4. 浏览水分子的HF2 log文件 wat-sp.log。 5. 点击add 按钮，加载所有配体和水分子复合物的log文件。 如下图所示： .. image:: /_static/chargeQM2024-10-17_192839.683715.png :align: center .. note:: 高级设置针对力场开发者，这里暂不介绍。采用默认设置就可以。 **接着第一次对电荷进行优化** 1. 关闭charge constraints内容，关闭QM Target Data内容，打开Input和Results 内容。 2. 设置电荷优化日志文件 ChargeOpt.0.log。 3. 点击run optimization对电荷进行优化。 如下图所示： .. image:: /_static/chargeRUN2024-10-17_193842.196414.png :align: center **接着 迭代对电荷优化直到收敛** 1. 设置电荷优化日志文件 ChargeOpt.1.log。 2. 点击set as initial 按钮，在上一次优化的基础上进行优化。 3. 点击run optimization对电荷进行优化。 如下图所示： .. image:: /_static/chargeopt22024-10-18_083427.867856.png :align: center 4. 设置电荷优化日志文件 ChargeOpt.2.log。 5. 点击set as initial 按钮，在上一次优化的基础上进行优化。 6. 点击run optimization对电荷进行优化。 重复迭代优化1-10次，直到收敛，电荷不再变化。 **最后 保存结果到psf文件中** 1. 关闭其他内容，打开Results 内容。 2. 点击save as 设置新的psf文件名 JGQ.1.psf 。 3. 点击write按钮，生成JGQ.1.psf 文件。 如下图所示： .. image:: /_static/writePSF2024-10-18_143333.186896.png :align: center step3 键和角度优化 -------------------------------- **首先 准备计算Hessian矩阵的Gaussian输入文件** .. note:: 计算配体和水分子相互作用能需要3个文件：1. 最新的psf文件；2. 结构优化后的pdb文件；3. 结构优化后的chk文件； 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择Calc. Bonded标签页。 2. 点击Browse 加载 psf 文件JGQ.1.psf。 3. 点击Browse 加载结构优化后的 pdb 文件JGQ.opt.pdb。 4. 点击Browse 加载结构优化后的 chk 文件JGQ.opt.chk。 5. 点击save as 设置计算Hessian矩阵的输入文件名 JGQ.hess.gau。 6. 设置Gaussian参数，并点击Write Gaussian Input Files生成Gaussian的输入文件。 如下图所示： .. image:: /_static/hessian2024-10-18_160331.103934.png :align: center **接着 执行量化计算** .. code-block:: console nohup g16 JGQ.hess.gau & **准备 Bond.opt 输入文件** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择Opt. Bonded标签页,展开input内容。 2. 点击Browse 加载 psf 文件JGQ.1.psf。 3. 点击Browse 加载结构优化后的 pdb 文件JGQ.opt.pdb。 4. 点击Browse 加载hess矩阵计算的结果文件JGQ.hess.log。 5. 点击Browse 加载力场参数文件 JGQ.par。 6. 点击Browse 配置namd程序的位置。 7. 点击save as 设置计算Bond. opt的计算日志文件BondedOpt.0.log。 如下图所示： .. image:: /_static/BondOptIn2024-10-20_083614.369731.png :align: center .. note:: 如果是用g16计算的JGQ.hess.log， 需要修改 JGQ.hess.log文件的内容。 删除 Redundant internal coordinates found in file. (old form). 这一行。 增加 Redundant internal coordinates taken from checkpoint file: 和JGQ.hess.chk这2句。 g09的hesslog文件格式如下： .. code-block:: console Redundant internal coordinates taken from checkpoint file: H49.hess.chk Charge = 0 Multiplicity = 1 C,0,66.3033902412,94.7823683521,74.1186784493 **设置 需要优化的bond 和angle的参数** 1. 选择Opt. Bonded标签页,关闭input内容，打开Prameters to optimize内容进行优化键和键角参数。 2. 设置键和键角的初始参数，有2种方法，方法1：通过Guess按钮进行设置；方法2：通过import按钮进行设置。 .. note:: Guess按钮是基于从par文件提取键和键角，并自动设置初始值。 Import按钮是从par文件中提取键和键角以及初始值。 可以2种方法都试试，哪种方法收敛小，用哪种方法。 如下图所示： .. image:: /_static/bondAngleGuess2024-10-20_085436.328360.png :align: center **第一次 优化的bond 和angle的参数** 1. 选择Opt. Bonded标签页,打开Input内容和Result内容 。 2. 设置优化日志文件BondedOpt.0.log 。 3. 点击优化按钮Run Optimization 。 .. image:: /_static/bondOpt_start2024-10-20_090159.257629.png :align: center **迭代优化** 1. 设置优化日志文件BondedOpt.n.log, n代表优化次数 。 2. 点击set as initial按钮。 3. 点击优化按钮Run Optimization 。 **最后更新par参数** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择BuildPar标签页,展开update parameter file with optimized parameters内容。 2. 点击Browse 加载 par 文件JGQ.par 。 3. 点击Browse 优化后日志文件BondedOpt.8.log。 4. 点击save as 设置新的par文件 JGQ.1.par 。 5. 点击Write Updated parameter file 更新优化后的参数到新的par文件 JGQ.1.par中。 如下图所示： .. image:: /_static/fftk_buildPAR2024-10-20_183545.016019.png :align: center step4 二面角优化 ------------------------------- **首先 准备二面角扫描的Gaussian输入文件** #. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择 scan torsion 标签页。 #. 点击Browse 加载最新的 psf 文件JGQ.1.psf。 #. 点击Browse 加载结构优化后的 pdb 文件JGQ.opt.pdb。 #. 点击Browse 设置二面角优化的工作输出路径。 #. 点击load psf/pdb按钮，再点击Basename from top设置Basename。 #. 点击Read from par设置需要优化的二面角。 #. 设置Gaussian参数，并点击Generate Dihedral scan Input按钮生成Gaussian的输入文件。 如下图所示： .. image:: /_static/dihecan2024-10-20_185445.840827.png :align: center **然后 进行量化计算** 依次对所有文件进行逐一量化计算： .. code-block:: console nohup g16 JGQ.scan*.gau & 计算结束后，检查log文件是否正常结束，对于不正常结束的log文件，分析原因，重新计算或者删除log文件。 **接着 优化二面角参数1--载入输入文件** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择 Opt. torsion 标签页，展开input内容。 2. 点击Browse 加载最新的 psf 文件JGQ.1.psf。 3. 点击Browse 加载结构优化后的 pdb 文件JGQ.opt.pdb。 4. 点击Add 加载优化后的参数文件JGQ.1.par。 5. 点击Browse 设置NAMD程序的路径。 6. 点击save as 设置二面角参数优化日志文件 DihOpt.0.log 如下图所示： .. image:: /_static/diheInput2024-11-05_153955.406673.png :align: center **接着 优化二面角参数2--载入量化结果文件** 1. 关闭input内容，打开QM Target Data内容。 2. 点击add 按钮 加载所有的量化结果log文件。 如下图所示： .. image:: /_static/diheLOG2024-11-05_170746.420319.png :align: center **接着 优化二面角参数3--获取需要优化的二面角参数** 1. 关闭input内容，关闭QM Target Data内容，打开Dihedral Parameter settings参数。 2. 点击 Read From Par按钮加载优化后的参数文件JGQ.1.par，读取二面角参数。 如下图所示： .. image:: /_static/dihePAR2024-11-05_171152.902285.png :align: center **接着 优化二面角参数4--第一次优化二面角参数** 1. 关闭所有展开的内容。 2. 点击下方的Run Optimization按钮，进行优化。 如下图所示： .. image:: /_static/firstoptdihe2024-10-21_192231.904181.png :align: center .. note:: 注意par文件中的参数格式，不能少0.00。 !atom types Kpsi psi0 ! CG2O3 OG2D2 OG2D2 CG2R61 96.0000 0.00 ! ! PROT 90.0->96.0 acetate, single impr (KK) WILDCARD **接着 优化二面角参数4--可视化QM和MM的结果** 1. 展开Visual Results内容； 2. 选择orig条目； 3. 设置MM结果的颜色； 4. 确认勾选QME 和MMEi; 5. 点击plot 可视化QM 和MM的结果。 如下图所示: .. image:: /_static/vResult2024-11-05_174142.409734.png :align: center **接着 优化二面角参数4--继续优化** 1. 展开Visual Results内容； 2. 选择最新的优化结果； 3. 点击set as initial input按钮。 如下图所示： .. image:: /_static/asinput2024-11-06_084531.799741.png :align: center 4. 关闭Visual Results内容，展开refine内容，点击Run Refitting/Refinement 按钮。 如下图所示： .. image:: /_static/refit2024-11-06_084656.165850.png :align: center .. note:: 重复优化，优化过程中可调节优化参数，比如优化方法和参数。 直到完成优化，QM和MM比较一致为止。 RMSE 越小越好。 5. 优化完成后,关闭refine，在visual results中选择最好的优化结果； 6. 点击 write selected to log按钮写入log文件DihOptRefine.r3.log。 如下图所示： .. image:: /_static/diheRE2024-11-06_100640.429747.png :align: center **最后 更新par文件** 1. 点击 Extensions-> Modeling -> Force Field toolkit 工具，打开fftk插件；选择BuildPar标签页,展开update parameter file with optimized parameters内容。 2. 点击Browse 加载 par 文件JGQ.1.par 。 3. 点击Browse 优化后日志文件DihOptRefine.r03.log 4. 点击save as 设置新的par文件 JGQ.2.par 。 5. 点击Write Updated parameter file 更新优化后的参数到新的par文件 JGQ.1.par中。 如下图所示： .. image:: /_static/parup2024-11-06_101121.977079.png :align: center .. note:: 基于psf 文件和par 文件更新str文件，就可以进行分子动力学模拟。