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三种常用分子模拟软件介绍

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-08 11:44
tags:

-

2021年2月8日发(作者:yasu)




三种常用分子模拟软件介绍



一、


NAMD





NAMD



NAnoscale Molecular Dynamics



是用于在大规模并行 计


算机上快速模拟大分子体系的并行分子动力学代码。


NAMD


用经验力


场,如


Amber

< p>


CHARMM



Dre iding


,通过数值求解运动方程计算原


子轨迹。

< p>




1.


软件所能模拟的体系的尺度,如微观,介观或跨尺度等






微观。






是众多


md


软件中并行处理最好的,可以支持几千个


cpu


运算。


在单机上速度也很快。






模拟体系常为为


10,000-1,000,000


个原子。






2.


软件所属的类型,如


MD



DPD



DFT



MC


,量化 ,或交叉等






全原子


md


,有文献上也用它做过


cgmd







3.


软件能研究的相关领域,使用者的背景最好是?






使用的力场有


charmm,x-plor,amber


等,适合模拟蛋白质,核酸,


细胞膜等体系。






也可进行团簇和


CNT


系统的模拟






软件原理经典,操作简单。但需要对体系的性质足够了解。






4.


软件中主要涉及的理论方法范畴






经典的


m d


,以及用多种方法计算自由能和


SMD


模拟。






数据分析时候一般很少涉及复杂的热力学和统计热力学的原理 ,



知道一些最好。










5.


软件主要包含的处理工具






namd


是计算部分,


本身不能建模 和数据分析



unix


的哲学


kiss





vmd



namd


系出同门,已同


namd


实现无逢链接。






vmd



tcl


脚本一定要搞懂,别的就不多介绍了。


[2]





6.


与此软件密切相关的软件






vmd


,及其他数据统计分析软件(


excel



OOo-calc


等足够了)




NAMD



window


环境下的编译安装





1.


下载


N AMD_2.7b2_Win32





2.


解压到任意目录下(建议最好直 接是


C


:或


D


:下)






3.


添加


windows


的环境变量:右键单击我的电脑


----


属性


-----


高级


-----

< br>环境变量


(


在右下角


)---- -


在系统的


Path


变量里添加你


NAMD


所在文


件夹,比如我



%SystemRoot%system32;%SystemRoot% ;%SystemRoot%Syste


m32Wbem;C:ProgramFile sCommonFilesThunderNetworkKanKan


Codecs; C:NAMD_2.7b2_Win32





注意:添加的变量名称要和文件夹得名称一致


(如果文件夹得名称


你改为


namd

< br>,那么变量名称为


C



NAMD







2.7


需要后面跟


conf


文件才可以正确运行,并且要在


conf


文件所 在目录执行命令。如:我的命令窗口显示


C:Documents and


SettingsHP>


因此我的


c onf


文件要放在


C:Documents and


SettingsHP


这个文件夹下,然后执行命令


C:Documents and


SettingsHP> C:NAMD_2.7b2_Win32namd2


即可。



二、


GROMACS







GROMACS


是用于研究生物分子体系的分子动力学程序包。它可 以用


分子动力学、


随机动力学或者路径积分方法模拟溶液或晶体 中的任意分


子,进行分子能量的最小化,分析构象等。它的模拟程序包包含


GROMACS


力场


(


蛋白 质、核苷酸、糖等


)


,研究的范围可以包括玻璃和


液晶、到聚合物、晶体和生物分子溶液。


GROMACS

是一个功能强大


的分子动力学的模拟软件,


其在模拟大量分 子系统的牛顿运动方面具有


极大的优势。






GRO MACS


支持几乎所有当前流行的分子模拟软件的算法,而且


与 同类软件相比,它还具有一些特有的优势:






(1) GROMACS


进行了大量的算法的优化,使其计算功能更强大。


例如:在计算矩阵的逆 时,算法的内循环会根据自身系统的特点自动选


择由


C


语言或


Fortran


来编译。


GROMACS


中对


Altivec loops


的计算,


无论是在


Linux


还是


MacOSX.


系统上,它都要比其它软件快< /p>


3-10


倍,


而且


GROMACS


提高计算速度的同时也保证了计算精度。






(2) GROMACS


具有友好的用户界面,


拓扑文件和参数文件都以 文


档的形式给出。在程序运行过程中,并不用输入脚本注释语言。所有

< br>GROMACS


的操作都是通过简单的命令行操作进行的。而且运行的过


程是分步的,


随时可以检查模拟的正确性和可行性,可以减少时间上的< /p>


浪费。






(3) GRMACS


操作简单,< /p>


功能丰富,


而且对于初学者来说易于上手。


而且可以通过详细的免费使用手册,用户可以得到更多的信息。






(4)


在模拟运行的过程中,


GROMACS


会不断报告用户程序的运算






速度和进程。






(5) GROMACS


具有良好的兼容性。


输入文件和输出的轨迹文件 的


格式都是独立于硬件的。






(6) GROMACS


能通过二进制文件来写入坐标,


这样就提供了一个


压缩性很强的轨迹数据存储方法,压缩方式的精度可以由用户来选择。






(7) GROMACS


还为轨迹分析提供了大量的辅助工具,


用户不必 再


为常规分析编写任何程序。


GROMACS

< br>还提供了轨迹的可视程序,而


且许多可视化工具都可以显示。





(8) GROMACS


允许并行运算,使用标准的

< p>
MPI


通讯。






(9) GROMACS


程序包中包括各种常见的蛋白质和核酸的拓扑结


构。包括


20


种标准的氨基酸以及其变异体,


4


种核苷和


4


种脱氧核苷,


以及 糖类和脂类。






GROMACS


的运行过程,主要由 一系列的文件和命令组成。


GROMACS


一般的模拟过程可以 分成以下三个阶段:






(1)


前处理过程:生成模拟对象 的坐标文件、拓扑结构文件以及平


衡参数及其外力作用参数等文件。





(2)


模拟过程:首先要对系统进行能量最小化,避免结构的 不合理


而在模拟中出现错误;然后是对系统升温过程,先给系统的各个原子以

< p>
Boltzmen


分布初速度,再模拟较短的时间以达到初步的平衡;最后 进


行真正的分子动力学模拟,即平衡过程。此过程一般时间步长为


1fs



运行时间在


ns

< p>
量级,


以保证模拟系统尽可能找到势能的最低点。


当然,


对于其他的操作,如施加外力


(


模拟


AFM


加力


)

需要在平衡之后进行。







MD


模拟 的过程中,用户可以运用配套的可视化软件,如


VMD


等随


时观测模拟的过程及系统的状态。






(3)


后处理过程:


MD


模拟结束后,


GRO MACS


会产生一系列文件,



.pd o


文件


(


受力分析文件


)



.trr


文件

< p>
(


模拟过程结果文件


)



.edr


文件


(



量文件


)


等。同时,


GROMACS


本身还提供了多种分析程序,可以对这


些文件进行分析,可以得到分子体系的各种信息。



[2]



GROMACS


安装流程





(1)


解压缩


fftw



lam-mpi



gromacs


源码

[3]





tar -zxvf





tar



zxvf





tar -zxvf





(2)


编译


lam-mpi





cd lam-7.1.3 ./configure --prefix=/home/lam-7.1.3 --without-fc


--with-rsh=





make





make install





注:


--without-fc


是不编 译


mpif77


,可以去掉






(3)


添加


mpi


环境变量

< br>





export PATH=$$PATH:/home/lam-7.1.3/bin ( append to .bashrc)





(4)


编译


fftw


单双精度版
















cd fftw-3.1.2



./configure --enable-float --enable-mpi --prefix=/home/fftw-3.1.2



make



make install



make distclean



./configure --disable-float --enable-mpi --prefix=/home/fftw-3.1.2





(3)


设置


fftw


环境变量






export CPPFLAGS=-I/home/fftw-3.1.2/include





export LDFLAGS=-L/home/fftw-3.1.2/lib





(4)


编译


gromacs









cd gromacs-3.3.1 ./configure --prefix=/home/gromacs-3.3.1


--enable- mpi





make





make install





make distclean





./configure --prefix=/home/gromacs-3.3.1 --program-suffix=_d


--enable-mpi --disable-float





(5)


设置


gromacs


环境变量






export PATH=$$PATH:/home/gromacs-3.3.1/bin ( append


to .bashrc)





(6)


编译


gromacs


源包里的其它文件(可选)






make contrib


注:这步可以省去






update: gromacs -4.0



fftw-3.2.1


,< /p>


lam7.1.4


与上面的方法完全相


同 ,只需更换目录即可。



模拟步骤



Below is presented a generalised procedure for performing a


simulation. The exact steps and processes involved will vary


depending on exactly what is being attempted. Use as a general


guide only!





1> Clearly identify the property / phenomena of interest to be


studied by performing the simulation.





2>Select the appropriate tools to be able to perform the


simulation and observe the property/phenomena of interest. It is


important to read and familiarise yourself with publications by other


researchers on similar systems. Tools include: - software to perform


the simulation with, consideration of force field may influence this


decision.- force field which describes how the atoms / particles within


the system interact with each other. Select one that is appropriate for


the system being studied and the property/phenomena of interest.


Very important and non- trivial step!





3>Obtain/generate the initial coordinate file for each molecule to


be placed within the system.





4>Generate the raw starting structure for the system by placing


the molecules within the coordinate file as appropriate. Molecules


may be specifically placed or arranged randomly.





5>Obtain/generate the topology file for the system, using (for


example) pdb2gmx, PRODRG or your favourite text editor in concert


with chapter 5 of the GROMACS Manual.









6>Describe a simulation box (e.g. using editconf) whose size is


appropriate for the eventual density you would like, fill it with solvent


(e.g. using genbox), and add any counter-ions needed to neutralize


the system (e.g. using grompp and genion). In these steps you may


need to edit your topology file to stay current with your coordinate file.





7>Run an energy minimisation simulation on the system (using


grompp and mdrun). This is required to sort out any bad starting


structures caused during generation of the system, which may cause


the production simulation to crash.





8>Select the appropriate simulation parameters for the


equilibration simulation (defined in .mdp file). You need to be


consistent with how force field was derived. You may need to simulate


at NVT with position restraints on your solvent and/or solute to get the


T almost right, then relax to NPT to fix the density, then move further


(if needed) to reach your production simulation ensemble (e.g. NVT,


NVE).





9>Run the equilibration simulation for sufficient time so that the


system relaxes sufficiently to allow the production run to be


commenced (using grompp and mdrun, then g_energy and trajectory


visualisation tools).





10>Select the appropriate simulation parameters for the


production simulation (defined in .mdp file), in particular be careful not


to re-generate the velocities. You still need to be consistent with how


the force field was derived and how to measure the property /


phenomena of interest.





11>Run the production simulation for sufficient time so that


property / pheno-mena of interest can be observed in required detail


(using grompp/tpbconv and mdrun).





12>Analyse / visualise the resulting trajectory and data files to


obtain information on the property / phenomena of interest. [4]



三、


Amber


Amber


是著名的分子动力学软件,


用于蛋白质、


核酸、


糖等生物大分子


的计算模拟。


Amber


也指一种经验力场


(empiric al force fields)




力场


和代码是分开的,



一些软件中包含


amber


力场

,


而其他的力场也包含


在此


am ber


的软件中。






AMBER


提供两部分内容:用于模拟生物分子的一组分子力学力场


(无版权限制,也用于其它一 些模拟程序中);分子模拟程序软件包,






包含源代码和演示(有版权限制,需要购买)。


[1]



AMBER


主要程序





Leap


:用于准备分子系统坐标和参数文件,有两个程序:






xleap



X



windows


版本的


leap


,带


GUI


图形界面






tleap


:文本界面的


Leap





Ant echamber


:用于生成少见小分子力学参数文件的。有的时候一

< br>些小分子


Leap


程序不认识,需要加载其力学参数,这 些力学参数文件


就要


antechamber

< br>生成






Sander


MD


数据产生程序,



MD


模拟程序,


被称做


AMBER



大脑程序。






Ptraj



MD


模拟轨迹分析程序。





下午


13



00



17



00






度。全体员工都必须自觉遵守工作 时间,实行不定时工作制的员工不必打卡。



3.1.2.2< /p>


打卡次数:一日两次,即早上上班打卡一次,下午下班打卡一次。



3.1.2.3


打卡时间:打卡时间为上班到岗时间和下班离岗 时间;



3.1.2.4


因公外出不 能打卡:因公外出不能打卡应填写《外勤登记表》


,


注明外出日 期、事由、外勤起止时间。因公外出需事先申请,如因特殊情况不能事先申请,应在事毕到岗当日完成申请、


审批手续,否则按旷工处理。因停电、卡钟(工卡)故障未打卡的员工,上班前、下班后要及 时到部门考勤员处填写《未打卡补签申请表》


,由直接主管签字证明当日的出勤状况,报 部门经理、


人力资源部批准后,月底由部门考勤员据此上报考勤。上述情况考勤由各部门 或分公司和项目文员协助人力资源部进行管理。



3.1.2.5


手工考勤制度



3.1.2.6


手工考勤制申请:由于工作性质,员工无法正常打卡( 如外围人员、出差)


,可由各部门提出人员名单,经主管副总批准后,报人力资源部审批 备案。



3.1.2.7


参与手工考勤 的员工,需由其主管部门的部门考勤员


(


文员

< br>)


或部门指定人员进行考勤管理,并于每月


26


日前向人力资源部递交考勤报表。



3.1.2 .8


参与手工考勤的员工如有请假情况发生,应遵守相关请、休假制度,如实填报相关表 单。



3.1.2.9


外派员工在外 派工作期间的考勤


,


需在外派公司打卡记录

;


如遇中途出差


,


持出差证明


,


出差期间的考勤在出差地所在公司打卡记录


;


3.2


加班管理



3.2.1


定义



加班是指员工在节假日或公司规定的休息日仍照常工作的情况。



A


.现场管理人员和劳务人员的加班应严格控制,各部门应按月 工时标准,合理安排工作班次。部门经理要严格审批员工排班表,保证员工有效工时达到要求。凡是达到月工时标 准的,应扣减


员工本人的存休或工资;对超出月工时标准的,应说明理由,报主管副总和 人力资源部审批。



B


.因员工月薪 工资中的补贴已包括延时工作补贴,所以延时工作在


4


小时(不 含)以下的,不再另计加班工资。因工作需要,一般员工延时工作


4

小时至


8


小时可申报加班半天,超过


8



时可申报加班


1


天。对主管


(



)

< p>
以上管理人员,一般情况下延时工作不计加班,因特殊情况经总经理以上领导批准的延时工作,可按 以上标准计加班。



3.2.2.2


员 工加班应提前申请,事先填写《加班申请表》


,因无法确定加班工时的,应在本次加班完 成后


3


个工作日内补填《加班申请表》



《加班申请表》经部门经理同意,主管副总经理审核


报总经理 批准后有效。


《加班申请表》必须事前当月内上报有效,如遇特殊情况,也必须在一周内 上报至总经理批准。如未履行上述程序,视为乙方自愿加班。



3.2.2.3


员工加班,也应按规定打卡,没有打卡记录的加班,公司不予承认;有打 卡记录但无公司总经理批准的加班,公司不予承认加班。



3. 2.2.4


原则上,参加公司组织的各种培训、集体活动不计加班。


3.2.2.5


加班工资的补偿:员工在排班休息日的加 班,可以以倒休形式安排补休。原则上,员工加班以倒休形式补休的,公司将根据工作需要统一安排在春节前后补 休。加班可按


1



1

< br>的比例冲


抵病、事假。



3.2 .3


加班的申请、审批、确认流程



3 .2.3.1


《加班申请表》在各部门文员处领取,加班统计周期为上月


26


日至本月


25


日。



3.2.3.2


员工加班也要按规定打卡, 没有打卡记录的加班,公司不予承认。各部门的考勤员


(


文员< /p>


)


负责《加班申请表》的保管及加班申报。员工加班应提前申请, 事先填写《加班申请表》加班


前到部门考勤员


(


文员


)


处领取《加班申请表》,《加班申请表》经项目 管理中心或部门经理同意,主管副总审核,总经理签字批准后有效。填写并履行完审批手续后交由部门考勤员


(


文员


)



管。



3.2.3.3


部门考勤员(文员)负责检查、复核确认考勤记录的真实有效性并在每月


27


日汇总交人力资源部,逾期未交的加班记录公司不予承认。




-


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