MD (OpenMM)

简介

MD (OpenMM) 是基于 OpenMM 的分子动力学模拟模块。模块按照指定的质子化态构建体系并执行分子动力学模拟，可用于观察特定质子化态下的构象变化、盐桥或氢键重排以及配体结合姿态。

质子化态可通过以下方式确定：

• CpHMD 占优态：读取 CpHMD State Files，选择 CpHMD 模拟中出现频率最高的质子化态。
• pH 静态规则：通过 pH 参数直接确定质子化态，无需运行 CpHMD。

适用场景：

• 机制分析：使用 CpHMD 确定不同 pH 条件下的质子化态，并在固定质子化态下分析构象与相互作用变化。
• 成对比较：对同一初始结构应用不同 pH 条件下的占优质子化态，使模拟差异仅来自质子化状态。
• 常规 MD：不使用 CpHMD，直接根据 pH 静态规则运行标准分子动力学模拟。

注意：模拟始终以 Input File 提供的结构作为起始结构，不使用 CpHMD 轨迹帧，以保证成对模拟之间的差异仅来自质子化态。

参数说明

Input File

输入结构文件，支持 PDB、CIF 和 mmCIF 格式。除使用 Path 续跑外，该参数为必选参数。支持包含蛋白质、核酸和小分子配体的混合体系。

CpHMD State Files

CpHMD 模块输出的 cphmd_state_files.tar.gz 文件或 CpHMD 输出目录。

模块会统计每个可滴定残基的质子化态时间序列，并选择出现频率最高的状态作为占优质子化态。任务启动时会输出各状态的占比。

与 pH 二选一。

pH

根据指定 pH 的静态规则确定体系质子化态，不依赖 CpHMD 模拟。

与 CpHMD State Files 二选一。

Time (ns)

分子动力学模拟时长，单位为 ns，默认值为 100。

使用 Path 续跑时，该参数表示在历史模拟基础上继续延长的时长。

Path

历史模拟路径文件，用于续跑已有模拟。指定后进入续跑模式；同时指定 Time 时，将在原有模拟基础上继续运行相应时长。

Distance

溶剂盒边界距离，单位为 Å，默认值为 10 Å，即 1.0 nm。该参数表示蛋白质表面到模拟盒边界的最短距离。

Salt

NaCl 离子强度，单位为 M，默认值为 0.15 M。

Temp

模拟温度，单位为 K，默认值为 300 K。

Time Step

分子动力学模拟步长，单位为 ps，默认值为 0.004 ps，即 4 fs。使用 4 fs 步长时需要配合 Hmass 参数启用氢质量重分配。

Hmass

氢原子质量，单位为 amu，默认值为 1.5。

默认启用氢质量重分配（Hydrogen Mass Repartitioning，HMR），可支持 4 fs 模拟步长。设置为 1.0 时关闭 HMR，此时 Time Step 最大支持 2 fs。

Ligand Smiles

小分子配体的 SMILES，可选参数。用于确定配体的正确键序和连接关系。

提供该参数后，模块会先移除配体中的氢原子，根据 SMILES 匹配键序，再自动添加氢原子。当 Input File 不包含完整的配体键序或连接信息时，建议提供该参数。

输入结构仅包含一种配体时，直接填写 SMILES：

OC[C@H]1O[C@@H](n2cnc3cc(Cl)c(Cl)cc32)[C@H](O)[C@@H]1O

输入结构包含多种配体时，使用 残基名:SMILES 格式，不同配体之间使用英文逗号分隔：

RFZ:OC[C@H]1O[C@@H](n2cnc3cc(Cl)c(Cl)cc32)[C@H](O)[C@@H]1O,W2R:O=C(Nc1cccc(Oc2ccc(Nc3ncnc4ccn(CCOCCO)c34)cc2Cl)c1)NC1CCCCC1

Add Hydrogens / No Add Hydrogens

设置是否添加氢原子。

• Add Hydrogens：默认选项。删除输入结构中的所有氢原子，再根据质子化态重新添加氢原子。
• No Add Hydrogens：跳过氢原子处理，保留并使用 Input File 中的原始氢原子。适用于已经完成加氢处理的结构文件。

Keep Hydrogens

保留输入结构中已有的氢原子，仅补充缺失的氢原子。该参数与 Add Hydrogens 配合使用，适用于已经包含部分氢原子的结构文件。

结果说明

输出结果包括：

参考文献

• Swails J. M., York D. M., Roitberg A. E. 2014, Constant pH Replica Exchange Molecular Dynamics in Explicit Solvent Using Discrete Protonation States: Implementation, Testing, and Validation, Journal of Chemical Theory and Computation, 10:3, 1341-1352, DOI: 10.1021/ct401042b