使用Packmol填充小分子
Roy Kid
# 使用Packmol填充小分子
我们已经熟悉了如何建立简单的隐式溶液(implicit solvent)体系，如果想让一个体系实实在在充满水分子应该怎么办呢，不会手动一个个添加水吧，不会吧不会吧？
# Packmol安装
tar -zxvf packmol.tar.gz
cd packmol
make
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# Packmol脚本语言入门
新建一个脚本文件ethane_solvent.inp, 先写三行：
tolerance 2.0 # 能接受的能差
filetype pdb # 输出格式(pdb, xyz ...)
output ethane_solvent.pdb # 输出文件名
structure ethane.xyz # 待填充分子1
number 100 # 数量
inside cube 0. 0. 0. 98 # 范围，98防止pbc时重叠
end structure
structure water.pdb # 待填充分子2
number 1000
inside cube 0. 0. 0. 98
end structure
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pdb文件可以用多种方式得到，如MS、avogadro等。这里最推荐使用chemdraw，一个分子式直接出图。 pdb文件格式 (opens new window)
water.pdb，注意这个虚原子M是手动添加的，因为不符合化学结构因此chemdraw不能导出。另外OPLSAA联合TIP4P力场下，M与O的距离是0.15埃。
REMARK This PDB file was created by CS Chem3D.
HETATM 1 O 1 0.000 0.000 0.000 O
HETATM 2 H 1 0.816 0.577 0.000 H
HETATM 3 H 1 -0.816 0.577 0.000 H
HETATM 4 M 1 0.000 0.150 0.000 M
CONECT 1 2 3 4
CONECT 1 2
CONECT 1 3
CONECT 1 4
END
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ethane.xyz: 同样我们也可以使用xyz文件
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Ethylene
C1 -0.6695 0.000000 0.000000
C2 0.6695 0.000000 0.000000
H11 -1.234217 -0.854458 0.000000
H12 -1.234217 0.854458 0.000000
H21 1.234217 -0.854458 0.000000
H22 1.234217 0.854458 0.000000
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# （中性）溶剂化
Packmol利用solvate.tcl脚本来完成溶剂化的工作，比如将像蛋白质放在缓冲溶液中。显然，这时也需要向溶液中填充钠离子和氯离子。
假定你现在已经有了你要放进去的大分子的PDB文件，那么下一步运行：
solvate.tcl PROTEIN.pdb
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运行结束时候，Packmol会生成一个叫packmol_input.inp的文件，注意这个拓展名，就跟你平时用Packmol填充各种分子的那个指令文件一样.
那么下一步，运行：
packmol < packmol_input.inp
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运行结束，大分子就被淹没在中性溶液环境中啦。NaCl的浓度默认是0.16M，也就是生理盐水的浓度。 如果你不想要这个浓度，或者你想自定义这个溶剂化过程中的其他参数，你可以这样做：
solvate.tcl structure.pdb -shell 15. -charge +5 -density 1.0 -i pack.inp -o solvated.pdb
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这里面加入的flag分别代表如下意思：
- “15”是溶剂盒子的尺寸，你可以改成其他的，15是默认值；
- “+5”是溶剂化前整个体系的净电荷。如果你不指明这个值，那么系统会默认组氨酸电中性，Arg（蛋白质简写）和Lys带+1电荷，Glu和Asp带-1电荷。在平衡这些净电荷使溶剂化后整个体系达到电中性的基础上，Packmol会填充特定数目的钠离子和氯离子使NaCl浓度尽可能接近0.16M。如果你不想在这个过程中加入任何离子，只有水，那么在命令中加入-noions。
- “1.0”是默认溶剂的密度，你可以改。
- “solvate.pdb”是输出文件的默认名字，当然也可以改。
- “pack.inp”是生成的Packmol输入文件的默认名字，也可以改。