阅读： 2022/10/25 15:22:04
GROMACS是一个功能强大的分子动力学的模拟软件，我们在前面的推文中为大家分享了一些使用GROMACS运行分子动力学的教程，完成分子动力学之后，更重要的是结果分析。本期内容以蛋白-配体复合物的分子动力学结果为例为大家分享常用的结果分析方法。
1.周期性校正
通常跑完分子动力学后，轨迹文件中分子可能存在跨过周期性边界的情况，需要校正模拟体系的周期性。可输入以下命令校正周期性
gmx trjconv -s md_0_10.tpr -f md_0_10.xtc -n index.ndx -o md_0_10_center.xtc -pbc mol -center -ur compact
2.均方根偏差（Root Mean Square Deviation，RMSD）
对RMSD进行分析是分子动力学模拟中最常用的分析方法，可以用来衡量构象的差异程度，在蛋白-配体复合物的分子动力学模拟中，一般都会分析蛋白骨架和小分子配体的RMSD变化情况，RMSD也常常用来快速判断轨迹是否达到平衡，以便于决定是否需要延长模拟时间或进行其它的分析等。
执行RMSD分析的常用命令为：
gmx rms -s md_0_10.tpr -f md_0_10_center.xtc -o rmsd.xvg -tu ns
数据结果记录在“rmsd.xvg”文件中，上述命令还通过“-tu”指定时间单位为“ns”，可以减少数据量，如果不指定，默认为“ps”；
RMSD为相较于参考分子的变化值，一般参考分子为初始状态的构象，即轨迹的第一帧，也可根据需要进行调整。RMSD值越大，表明目标分子偏离参考分子的程度越大。
此外，由于氨基酸包含一些柔性基团，对蛋白质进行RMSD分析时通常选择碳链骨架，以忽略柔性氨基酸侧链的影响。
3.均方根涨落（Root Mean Square Fluctuation，RMSF）
RMSF计算每个原子相对于其平均位置的涨落，表征了结构的变化对时间的平均，给出了结构各个区域柔性的表征。
执行RMSF分析的常用命令为：
gmx rmsf -s md_0_10.tpr -f md_0_10_center.xtc -o rmsf.xvg
数据结果记录在“rmsf.xvg”文件中，上述命令输出的为每个原子的RMSF值，还可以增加“-res”命令来输出每个残基的均值。
RMSD与RMSF的区别在于：RMSD表示的是分子结构变化的程度，而RMSF值表示的是分子中各个原子运动的自由程度。
4.温度因子（B-factor）
温度因子（又称B因子、B-factor、Debye-Waller factor或temperature factor）是晶体学中的一个重要参数，用来描述X-射线衍射蛋白晶体结构时由于原子热运动造成的射线衰减或散射现象。主要是用来体现晶体中原子构象状态的一种模糊度，实际上反映了蛋白质分子在晶体中的构象状态，B-factor 越高，模糊度越大，相应部位的构象就越不稳定或柔性越强。
如果说RMSF反映的是蛋白质的动态灵活性，那么B-Factor体现的则是蛋白质的静态灵活性。
在Gromacs中可以由RMSF计算得到B-factor，常用命令如下：
gmx rmsf -s md_0_10.tpr -f md_0_10_center.xtc -o rmsf_temp.xvg -ox rmsf_avg.pdb -res -oq rmsf_bfac.pdb
5.蛋白质回旋半径（Radius of Gyration）
回旋半径是常用来衡量体系在模拟过程中的质权平均半径的指标，可用于表征分子的紧密程度，同一体系的回旋半径越大，说明体系发生了膨胀。
执行回旋半径分析的常用命令为：
gmx gyrate -s md_0_10.tpr -f md_0_10_center.xtc -o gyrate.xvg
6.径向分布函数（Radial Distribution Function）
径向分布函数是每个球层 (shell)位置的被统计的组的原子的数密度与平均数密度的比值。通俗来讲是从一个原子出发，x轴表示离开这个原子的距离，y轴表示在某个距离上出现原子的个数或者可能性。径向分布函数可以反映指定原子周围的原子分布。
比如分析配体LIG到蛋白质表面的径向分布函数，可使用以下命令：
gmx rdf -s md_0_10.tpr -f md_0_10_center.xtc -o rdf.xvg -n index.ndx -ref protein -sel LIG -bin 0.01 -surf mol
相关链接：
1. https://www.gromacs.org/
2. https://manual.gromacs.org/current/index.html
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