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轨迹文件生成

周期性边界条件(Periodic Boundary Condition, PBC)处理

为什么会发生配体“闪现”?

  1. 周期性边界条件 (PBC):在分子动力学模拟中,为了模拟一个无限大的体系,我们使用一个有限的盒子,并让这个盒子在三个维度上无限重复。当一个分子(比如你的小分子配体)从盒子的一侧穿出去时,它会立刻从盒子的另一侧穿进来。这在计算上是连续的,但在轨迹文件中记录的坐标会发生一个巨大的跳跃(从盒子的一端到另一端)。
  2. 蛋白质和配体的相对运动:在模拟过程中,你的蛋白质-配体复合物整体会平动和转动。有可能蛋白质移动到了盒子中央,而你的配体由于自身的运动,恰好穿过了边界。这时,它在轨迹中的坐标就被记录到了盒子的另一端,看起来就离蛋白质非常遥远。
  3. 闪回原位:当蛋白质和配体继续运动,它们可能会再次跨越边界,或者由于后续处理(如居中操作)的参考帧不同,它们在视觉上又回到了相邻的位置。

如何正确处理轨迹以避免“闪现”?

为了得到一个用于可视化和分析的、看起来“正常”的轨迹(即配体始终围绕在蛋白质附近),需要一个两步(或一步组合)的处理流程:1. 将复合物整体移回盒子中央并处理跨边界问题; 2. 移除整体的旋转和平动。

推荐使用以下两步法,这能得到最稳定、最适合分析的轨迹:


第一步:处理PBC,并将复合物居中

这一步的目的是将所有原子都放到中心盒子里,解决“闪现”问题。

Bash

gmx trjconv -s md100.tpr -f md100.xtc -n index.ndx -o md_noPBC.xtc -pbc nojump -center
  • 运行此命令后,系统会提示你选择两个组:
  • Select a group for centering: 选择Protein(或其他你定义的蛋白质组)。GROMACS会保证在每一帧中,蛋白质都位于盒子的中心。
  • Select a group for output: 选择System(或者你定义的包含蛋白质和配体的组)。这样,GROMACS会将整个体系的原子都根据蛋白质的位置进行移动,保证配体也被“拉”回到蛋白质身边。
  • 参数解释
  • -pbc nojump: 这是关键!它会消除由于PBC导致的分子在盒子间跳跃的现象,将分子的运动轨迹“解开”,形成连续的轨迹。
  • -center: 将指定的组(我们选蛋白质)置于盒子中心。

执行完这一步,得到的 md_noPBC.xtc 文件中,配体就不会再“闪现”跑远了。但是,整个复合物可能还在旋转和移动。


第二步:拟合轨迹,消除旋转和平动

为了更方便地观察配体相对于蛋白质的结合姿态变化,我们需要将蛋白质“固定”住。

Bash

gmx trjconv -s md100.tpr -f md_noPBC.xtc -n index.ndx -o md_final_visual.xtc -fit rot+trans
  • 运行此命令后,同样会提示你选择两个组:
  • Select a group for least-squares fitting: 选择一个稳定的参考结构,通常是蛋白质的骨架原子 (BackboneC-alpha)。GROMACS会以第一帧的骨架为参考,将后续所有帧的骨架都叠合到第一帧上。
  • Select a group for output: 同样,选择System(或你的蛋白质-配体组)。
  • 参数解释
  • -fit rot+trans: rot 表示旋转(rotation),trans 表示平动(translation)。这个参数会移除体系整体的旋转和平动,使得蛋白质看起来是静止的。

总结

最终得到的 md_final_visual.xtc 就是一个完美的、适合用于可视化和后续分析(如计算RMSD、RMSF、氢键等)的轨迹文件。在这个轨迹里,蛋白质会稳定在视野中央,小分子则会围绕着它运动,不会再出现“闪现”的现象。