NAMD入门教程（一） - 图文

solvate ubq.psf ubq.pdb –t 5 –o ubq_wb

等待运行结束，VMD就调用solvate将ubq.pdb和ubq.psf所储存的蛋白放入一个立方水体中。在图形窗口可以见到一个立方形的水体包围蛋白（如图）。

参数 –t 5 通知程序如何确定立方体的各边长。方法是在每个坐标方向上选择坐标最大的那个原子，然后再延伸5A，即为该方向立方体面的边界。注意：生成的立方水体并不一定是正立方体。各边长取决于坐标最大（距离原点最远）的原子的位置。还有一个参数 –o ubq_wb是为了通知程序生成的文件名。运行结束后我们得到的两个文件就是ubq_wb.psf 和 ubq_wb.pdb。

2、在VMD TkConsole中输入： set everyone [atomselect top all] measure minmax $everyone

这时返回的数值是整个体系中离原点最近的点和最远的点的坐标。我们需要的是整个立方体的中心，可以自己计算也可以用下面的命令：

measure center $everyone

这时返回的三个数值就是体系的中心。记下这三个数值，我们以后还会用到。 返回值如图：

在开始下一节之前，我们要将生成的文件拷贝到common公用目录下以方便访问。在Windows资源管理器中找到1-1-build目录，按Ctrl选择以下六个文件：ubq.pdb, ubq.psf, ubq_ws.pdb, ubq_ws.psf, ubq_wb.pdb, ubq_ws.psf，然后把它们拷贝到namd-tutorial/common目录下。 提示： 此处生成的立方水体事实上过小了。在实际应用时，应当保证水体足够大，以防止蛋白在拉伸运动时超出水环境。也要避免在使用周期边界条件时蛋白和四周各个单元的蛋白镜像相碰撞。周期边界条件的详细知识见下文。 此外，还应当注意的是在实际应用时应当在水环境中放入离子。特别是当蛋白质的净电荷不为0时，更应当设定离子数目以使得整个体系是中性的。在放入离子时应当将它们放在体系中静电势能的最低点，以节省计算时间。因为离子总会向势能最低点自发运动。 2.3 球状水体中泛素（Ubiquitin）的分子动力学模拟

在这一节中，我们将要对球状水体的泛素分子进行最简单的动力学模拟。 首先，我们要进行的分子动力学模拟的目的是什么？我们将泛素放入球状水体中，水体周围是真空，然后NAMD会根据我们设定好的温度值按照Boltzmann-Maxwell分子速

率分布给各原子赋予一定的初始速度，接下来就是要根据牛顿力学方程，求解个水分子以及蛋白质中各原子的运动轨迹。我们得到的结果，就是模拟泛素这一小肽在溶液状态下的运动状态。

知识链接：能量最小化和能量平衡（Minimization and Equilibration） 本次动力学模拟实际包括两个过程：能量最小化和能量平衡（Minimization and Equilibration）。能量最小化时，NAMD设定各原子的速度为0，然后不断改变各个原子的相对位置并计算体系总能量，搜索最低势能点，作为分子动力学模拟的初始状态。这一过程是不记录原子运动轨迹的。因为原子的位置改变只是因为NAMD需要搜索最低能量状态，而不是真实的相互作用引起的运动。 能量平衡是让蛋白质和水分子在设定好的环境温度（即原子的速度）下相互作用，达到能量平衡分配，整个体系达到稳定状态（熵达到极大值）。 为什么需要首先进行能量最小化？这是因为我们提供的体系有可能包含极度扭曲，拉伸或压缩变形的键和键角。它们是解析结构或同源模建时引入的错误结构，含有很高的能量。如果不首先进行最小化，直接进行能量平衡，蛋白质会和水分子相互作用，恢复伸展状态，释放掉这些错误结构中的高能量。这一过程是没有意义的——因为它是错误结构引起的反应，并不是蛋白质在溶液中的真实状态。从而就浪费了计算时间。不仅如此，能量释放引起的剧烈运动和相互作用最终可能使得蛋白质的行为不符合溶液中的真实行为。所以有必要在能量平衡之前，首先人为搜索能量最低点，作为分子动力学模拟的初始状态。 一般地，分子动力学模拟包括多个能量最小化和平衡过程。通常我们会首先将蛋白质固定而仅允许水分子运动，进行能量最小化和能量平衡；然后允许蛋白质和水分子同时运动，再次经历能量最小化和能量平衡这一循环。第一步的目的是使水分子达到能量最小，这通常是一个很快的过程。然后再放开蛋白质，使整个系统达到能量最小。这样可以减小计算量，并防止由于一开始蛋白结构很不稳定而结果产生假象。 在上一节中我们已经获得了所需要的ubq_ws.pdb 和ubq_ws.psf 两个文件。对照本章开始提到NAMD所需的四个文件知，还需要有配置文件就可以提交NAMD进行动力学模拟了。（力场参数文件在common文件夹中）。下面我们将首先得到配置文件。 2.3.1 配置文件

前面我们把使用NAMD比作写信，这里的“信”就是指的配置文件。配置文件记录了进行动力学模拟所需的全部参数和设置，NAMD只要得到这一文件就可以按照相应指令进行操作。对于本次动力学模拟，在namd-tutorial/1-2-sphere 目录下可以得到已经预先制作完毕的配置文件。下面我们将要仔细讲述文件的内容。

打开写字板，在菜单中选择 文件→打开，找到1-2-sphere 目录，文件类型选择全

部文件（图），然后打开文件ubq_ws_eq.conf。这个文件看起来好像很复杂，但是我们会仔细分析讲解每一部分的含义。

注意：在配置文件中，每一行开头如果是“#”，则本行内容会被当作注释对待，NAMD会忽略其中的内容。因此为了便于区分，我们用#把文件分割成几大部分。如第一部分是：

############################################

## JOB DESCRIPTION ## ############################################ 意思是这一部分是对所提交工作的描述。

1、大体浏览一下，可以发现整个文件被分成了以下几部分： ? 工作描述（job description） ? 可调参数 （adjustable parameters） ? 动力学模拟参数（simulation parameters） ? 附加参数（extra parameters） ? 执行脚本 （execution script）

它完整的记录了输入的蛋白质结构文件（pdb和psf文件）的位置，输出结果文件的文件名，以及动力学模拟时的环境温度，截止点，步长等各种参数。在进行动力学模拟时只需要提供给NAMD一个配置文件，NAMD就可以找到输入文件，调整好各种参数，按照要求进行动力学模拟之后输出结果。

2、然后，首先我们来看第一部分：Job Description。这一部分每一行开头都有#，因此只包括注释。它描述的是这一配置文件的目的：Minimization and Equilibration of Ubiquitin in a Water Sphere。就相当于一片文章的题目。

3、Adjustable Parameters 这一部分包括5项参数： ? structure: 给出调用的psf文件的位置

? coordinates：给出调用的坐标文件（即pdb文件）的位置

? set temperature 310: 定义一个变量temperature，并赋值310。以后如果要使