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由chatGPT生成

教程：使用 CHARMM 工具生成 LAMMPS 输入文件

工具背景

charmm2lammps.pl 和 lammps2pdb.pl 是由 Pieter J. in ‘t Veld 和 Paul Crozier 创建的工具，用于将 CHARMM 力场参数转化为适用于 LAMMPS 的输入文件，或者将 LAMMPS 的输出文件转化为 PDB 文件。

所需文件

1. CHARMM 参数文件 (par_<forcefield>.prm)
2. CHARMM 拓扑文件 (top_<forcefield>.rtf)
3. CHARMM 坐标文件或 PDB 文件 (<project>.crd 或 <project>.pdb)
4. CHARMM PSF 文件 (<project>.psf)

工具说明

• charmm2lammps.pl: 将 CHARMM 文件转换为 LAMMPS 数据文件。
• lammps2pdb.pl: 将 LAMMPS 输出文件转化为 PDB 格式。

文件结构

该工具目录下包含以下内容：

1. Perl 脚本 charmm2lammps.pl
2. Perl 脚本 lammps2pdb.pl
3. 两个示例文件夹，展示工具的使用方法。
4. 一个 “other” 文件夹，包含其他有用的工具。

使用 charmm2lammps.pl

基本命令

1

perl charmm2lammps.pl <forcefield> <project> [-option=value ...]

• <forcefield>: CHARMM 力场名称（如 all22_prot）。
• <project>: PSF 和 CRD 文件的通用前缀。
• 可选参数：
  • -help：显示可用选项。
  • -nohints：不添加 CHARMM 类型的注释到 LAMMPS 数据文件。
  • -water：在晶格中加入 TIP3P 水分子（默认密度为 1 g/cm³）。
  • -ions：添加 Na+/Cl- 离子以中和分子电荷（默认无）。
  • -border：添加模拟盒边界的宽度（单位 Å，默认 0）。
  • -cmap：添加 CMAP 部分用于处理蛋白质的二面角修正。

示例命令

假设需要将 CHARMM 文件转化为 LAMMPS 文件：

1

perl charmm2lammps.pl all27_na 1ac7 -border=2.0 -water -ions

• 这里的 all27_na 是 CHARMM 力场文件，1ac7 是项目名称。

使用 lammps2pdb.pl

基本命令

1

perl lammps2pdb.pl <project>

• <project>: LAMMPS 输出文件前缀。

示例命令

1

perl lammps2pdb.pl 1ac7

此命令将 1ac7 的 LAMMPS 输出文件转化为 PDB 文件。

示例流程：从 CHARMM 文件到 LAMMPS 输入

1. 获取 PDB 文件

   • 访问 RCSB PDB 数据库 下载目标分子的 PDB 文件。
   • 示例：下载 1ac7.pdb。

2. 清理 PDB 文件

   • 如果 PDB 文件包含多个模型，保留所需模型，删除其他部分。
   • 保存为 1ac7_pared.pdb。

3. 准备 CHARMM 力场文件

   • 下载 CHARMM 力场文件，例如 CHARMM 官方网站。
   • 示例：使用 all27_na 力场。

4. 生成 PSF 文件

   • 使用 VMD 的 psfgen 工具生成 PSF 文件。
   • 创建 1ac7.pgn 文件，内容如下：

     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

     package require psfgen topology top_all27_na.rtf pdbalias residue A ADE pdbalias residue T THY pdbalias residue G GUA pdbalias residue C CYT segment A {pdb 1ac7_pared.pdb} coordpdb 1ac7_pared.pdb A guesscoord writepdb 1ac7.pdb writepsf charmm 1ac7.psf exit

   • 运行命令：

     1	vmd -dispdev none -e 1ac7.pgn

5. 运行 charmm2lammps.pl 转换文件

   1	perl charmm2lammps.pl all27_na 1ac7 -border=2.0 -water -ions

   • 该命令会生成 LAMMPS 所需的 .data 文件和输入脚本。

6. 运行 LAMMPS 模拟

   • 使用生成的 LAMMPS 数据文件和输入脚本：

     1	lmp_mpi -in 1ac7.in

7. 将 LAMMPS 输出转换为 PDB 文件

   1	perl lammps2pdb.pl 1ac7

   • 输出 .pdb 文件，可用于可视化。

进阶说明

处理蛋白质时的 CMAP 修正

• 蛋白质模拟中，需添加 CMAP 修正以处理二面角。
• 示例命令：

  1	perl charmm2lammps.pl all36_prot 1gb1 -border=2.0 -cmap=36 -water -ions

• 确保下载并使用与力场版本匹配的 CMAP 文件（如 charmm36.cmap）。

控制离子浓度

• 使用 -ions 参数设置离子浓度。

  1	perl charmm2lammps.pl all27_na 1ac7 -ions=0.5

  • 0.5 表示 0.5 mol/L 的 Na+ 和 Cl-。

“Other” 文件夹内容

1. mkpdb.f: 使用 Fortran 将 LAMMPS dump 文件转换为 PDB 格式。
2. mkdcd.f: 将 LAMMPS dump 文件转换为 CHARMM 格式的 DCD 轨迹文件。
3. crd2pdb.pl: 将 CRD 文件转换为 PDB 文件。
4. pdb_to_crd.f: 将 PDB 文件转换为 CRD 文件。

总结

使用 charmm2lammps.pl 和 lammps2pdb.pl 工具可以方便地在 CHARMM 和 LAMMPS 之间进行文件格式转换。这些工具支持多种选项，可满足不同的模拟需求。通过示例流程可以快速掌握从 PDB 文件到 LAMMPS 输入文件的构建方法。