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标题: ORCA中如何中和DNA带电体系的电荷 [打印本页]
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-13 17:58
标题: ORCA中如何中和DNA带电体系的电荷
各位老师好，我想使用ORCA对含有5个碱基对的DNA分子进行结构优化和单点能计算。在使用ORCA前，使用xtb进行了结构优化（隐式溶剂为水），发现在不设置--chrg参数前，优化后的结构会产生弯曲，如下图。
查找资料后发现DNA分子带局部电荷，设置--chrg -5后不再出现弯曲。
我想在xtb优化的基础上用ORCA使用水为隐式溶剂进行结构优化和单点能计算，请问各位老师我在ORCA中如何中和DNA分子的电荷，以避免分子弯曲？


作者
Author: sobereva    时间: 2023-10-13 18:07
照样设净电荷就可以。要么你让PO4不处于去质子化状态，这时候都可以当真空计算
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-13 18:13
sobereva 发表于 2023-10-13 18:07
照样设净电荷就可以。要么你让PO4不处于去质子化状态，这时候都可以当真空计算

好的老师，我试试，谢谢您
作者
Author: wzkchem5    时间: 2023-10-13 20:31
严格的处理应该是加一些显式水分子，并用Na+中和电荷，显式水分子和Na+可以用MM描述。否则DNA结构尽管不弯曲，但其他方面未必可靠
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-16 07:35
wzkchem5 发表于 2023-10-13 20:31
严格的处理应该是加一些显式水分子，并用Na+中和电荷，显式水分子和Na+可以用MM描述。否则DNA结构尽管不弯 ...

好的老师，我试试这个方案，谢谢您
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-17 17:40
wzkchem5 发表于 2023-10-13 20:31
严格的处理应该是加一些显式水分子，并用Na+中和电荷，显式水分子和Na+可以用MM描述。否则DNA结构尽管不弯 ...

老师好，向您请教个问题。我按照您说的这个方案，首先用MD跑了一个轨迹，抽取了其中一帧，然后用GROMACS使用parmbsc1力场生成了一个top文件（包含水分子），再用parmed转换成了prmtop文件。然后用orca_ff转换成了.ORCAFF.prms文件。用orca做几何优化，但是报错ORCA finished by error termination in GSTEP，请您看看我是哪里出了问题，谢谢老师！
inp文件：（大概有10000个原子，服务器内存1024G）
  1. ! QMMM BLYP D3 GCP(DFT/SVP) def2-SVP def2/J opt noautostart miniprint nopop
  2. %maxcore  10000
  3. %pal nprocs   20 end
  4. %qmmm
  5. QMAtoms {0:314} end
  6. ORCAFFFilename "clusters.pdb01.ORCAFF.prms"
  7. end
  8. * xyz   0   1
  9. O     10.05900000   -3.83100000   -6.46100000
  10. H     10.71900000   -4.23100000   -7.09100000
  11. C     10.39900000   -2.48100000   -6.33100000
  12. H     10.50900000   -2.05100000   -7.31100000
  13. H     11.32900000   -2.48100000   -5.75100000
  14. C      9.39900000   -1.81100000   -5.39100000
  15. H      9.79900000   -0.76100000   -5.27100000
  16. O      8.08900000   -1.92100000   -5.88100000
  17. C      7.29900000   -2.31100000   -4.79100000
  18. H      7.13900000   -1.36100000   -4.22100000
  19. N      5.97900000   -2.89100000   -5.19100000
  20. C      5.60900000   -4.18100000   -5.35100000
  21. H      6.11900000   -5.07100000   -4.99100000
  22. N      4.40900000   -4.32100000   -5.88100000
  23. C      3.96900000   -3.03100000   -6.01100000
  24. C      2.71900000   -2.50100000   -6.50100000
  25. ...
  26. ...
  27. ...
  28. O     14.94900000   17.53900000   24.34900000
  29. H     15.72900000   17.71900000   23.82900000
  30. H     15.27900000   17.06900000   25.11900000
  31. K     -9.97100000   -4.60100000   14.69900000
  32. K    -10.95100000   -6.92100000   10.72900000
  33. K     13.82900000   15.49900000   30.83900000
  34. K    -10.54100000   18.70900000   -0.68100000
  35. K     -6.64100000   16.50900000    4.23900000
  36. K    -14.46100000  -15.62100000   38.25900000
  37. K     -3.09100000    9.00900000   -1.87100000
  38. K      2.27900000   -8.76100000   23.22900000
  39. *
复制代码

out文件：
  1. ...
  2. ...
  3. ...
  4. Active atoms                           ... All atoms
  5. Constrain bonds and angle of MM waters ... NO

  7.                        *****************************
  8.                        * Geometry Optimization Run *
  9.                        *****************************

  11. Geometry optimization settings:
  12. Update method            Update   .... BFGS
  13. Choice of coordinates    CoordSys .... Z-matrix Internals
  14. Initial Hessian          InHess   .... Almoef's Model

  16. Convergence Tolerances:
  17. Energy Change            TolE     ....  5.0000e-06 Eh
  18. Max. Gradient            TolMAXG  ....  3.0000e-04 Eh/bohr
  19. RMS Gradient             TolRMSG  ....  1.0000e-04 Eh/bohr
  20. Max. Displacement        TolMAXD  ....  4.0000e-03 bohr
  21. RMS Displacement         TolRMSD  ....  2.0000e-03 bohr
  22. Strict Convergence                ....  False
  23. ------------------------------------------------------------------------------
  24.                         ORCA OPTIMIZATION COORDINATE SETUP
  25. ------------------------------------------------------------------------------

  27. The optimization will be done in new redundant internal coordinates
  28. Making redundant internal coordinates   ...  (new redundants)
  29. ORCA finished by error termination in GSTEP
  30. Calling Command: /public/home/cxc/orca504/orca_gstep clusters.ginp.tmp
  31. [file orca_tools/qcmsg.cpp, line 465]:
  32.   .... aborting the run
复制代码
作者
Author: wzkchem5    时间: 2023-10-17 17:47
Cadmus 发表于 2023-10-17 10:40
老师好，向您请教个问题。我按照您说的这个方案，首先用MD跑了一个轨迹，抽取了其中一帧，然后用GROMACS ...

体系太大了，默认的内坐标优化器跑不动，应该把Opt改成L-Opt，用L-BFGS算法在直角坐标下优化
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-17 19:11
wzkchem5 发表于 2023-10-17 17:47
体系太大了，默认的内坐标优化器跑不动，应该把Opt改成L-Opt，用L-BFGS算法在直角坐标下优化

好的，谢谢您！
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-18 15:21
本帖最后由 Cadmus 于 2023-10-18 17:19 编辑
wzkchem5 发表于 2023-10-17 17:47
体系太大了，默认的内坐标优化器跑不动，应该把Opt改成L-Opt，用L-BFGS算法在直角坐标下优化

老师您好，我改成L-Opt后几何优化开始运行了，但是运行了大概100多步后ORCA崩溃了，也没有输出什么结构可以人工检查。想请问您这样应该怎么处理？下面是截取的一些log文件信息，输入的文件中将QM的部分改成GFN2-XTB来计算了，完整的log文件上传附件。
  1. Defined regions:
  2.          all: 11912 atoms
  3.           qm:   315 atoms
  4.           mm: 11597 atoms
  5.       active: 11912 atoms
  6. Will write restart file to "clusters_final.mdrestart" after each step.
  7. Will write energy statistics to "clusters_final-minimize-ener.csv" after each step.
  8. The system contains 35736 active degrees of freedom (11912 active atoms * 3).
  9. This is a 35736-dimensional optimization problem.
  10. Allocating 14.49 MiB of memory for L-BFGS working space...
  11.             |  t_SCF | t_Grad |     Temp |           E_Pot |      Delta E |    RMS(Grad) |    Max(Grad) |  Max(Step)
  12.        Step |    [s] |    [s] |      [K] |       [Hartree] |    [Hartree] | [kJ/(mol*A)] | [kJ/(mol*A)] | [Angstrom]
  13. ------------|--------|--------|----------|-----------------|--------------|--------------|--------------|--------------
  14.           1     17.2      0.2                6724.02477224                                                         
  15.           2      7.0      0.1                6648.47954071   -75.54523152      5706.0325    313823.5542     0.158983
  16.           3      8.7      0.1                6572.96014517   -75.51939554      5674.6626    312191.0077     0.237112
  17.           4      8.4      0.2                6498.18941686   -74.77072831      5643.9818    310595.9461     0.175621
  18.           5      8.3      0.1                6423.84604817   -74.34336869      5612.5361    309000.6667     0.172805
  19.           6      8.1      0.1                6349.90012622   -73.94592195      5582.2098    307405.4352     0.166918
  20.           7      7.9      0.1                6276.33335404   -73.56677218      5553.2103    305810.2773     0.166985
  21.           8      8.5      0.1                6203.14139928   -73.19195476      5523.5595    304215.0378     0.173139
  22.           9      8.1      0.2                6130.35503062   -72.78636866      5497.6284    302619.8276     0.225309
  23.          10      8.1      0.2                6057.91608822   -72.43894240      5466.2542    301024.5725     0.200905
  24.          11      8.4      0.1                5985.89056611   -72.02552211      5438.0600    299429.3217     0.181453
  25.          12      7.8      0.2                5914.26172225   -71.62884386      5408.2646    297834.0512     0.169440
  26. ...
  27. ...
  28. ...
  29.         120      9.0      0.2                 969.38198049    38.20202116      2766.7444    146514.3079     0.274969
  30.         121      8.2      0.2                 915.18657051   -54.19540998      2725.7507    147562.0515     0.177773
  31.         122      8.3      0.2                 904.54227616   -10.64429436      2605.5680    145992.3962     0.274969
  32.         123      7.8      0.1                 897.14643187    -7.39584429      2618.0783    146643.0328     0.114131
  33.         124      7.8      0.1                 850.56683880   -46.57959307      2746.3052    145039.0807     0.274969
  34.         125      8.5      0.1                 901.16216312    50.59532431      2608.0345    143466.1624     0.274969
  35.         126      8.7      0.1                 849.45424282   -51.70792029      2651.2302    144827.2925     0.237842
  36.         127      8.2      0.1                 812.63597629   -36.81826653      9167.3952    679989.1396     0.274969
  37. *** SIGSEGV caught: Segmentation Fault ***
  38. ORCA_MD apparently has crashed :-( Sorry.
  39. Please send the log file ("clusters_final.md.log") to the developers, enabling them to fix this error.
  40. Decoding line numbers... ("addr2line <addr> -f -i -C -e /public/home/orca504/orca_md")
  41. # 20 - [  0x5a8143] - ?? - ??:0
  42. # 19 - [  0x5a857d] - ?? - ??:0
  43. # 18 - [  0x5a86b2] - ?? - ??:0
  44. # 16 - [  0x8c8f59] - ?? - ??:0
  45. # 15 - [  0x8eb3d9] - ?? - ??:0
  46. # 14 - [  0x5bb871] - ?? - ??:0
  47. # 13 - [  0x530522] - ?? - ??:0
  48. # 12 - [  0x513cfa] - ?? - ??:0
  49. # 11 - [  0x5129e9] - ?? - ??:0
  50. # 10 - [  0x550462] - ?? - ??:0
  51. #  9 - [  0x54ef15] - ?? - ??:0
  52. #  8 - [  0x56908f] - ?? - ??:0
  53. #  7 - [  0x568c27] - ?? - ??:0
  54. #  6 - [  0x5687ef] - ?? - ??:0
  55. #  5 - [  0x5685fc] - ?? - ??:0
  56. #  4 - [  0x58ba0a] - ?? - ??:0
  57. #  1 - [  0x509d76] - ?? - ??:0
  58. Delivering control to calling process.
  59. ERROR       : MD Program returns an error
  60.               cannot continue the md simulation
  61. COMMAND     : /public/home/orca504/orca_md clusters_final  orca
  62. RETURN CODE : 134
复制代码
作者
Author: wzkchem5    时间: 2023-10-18 15:53
Cadmus 发表于 2023-10-18 08:21
老师您好，我改成L-Opt后几何优化开始运行了，但是运行了大概100多步后ORCA崩溃了，也没有输出什么结构可 ...

检查是不是初始结构不合理，例如有原子靠得太近，某些力场参数设置错误，等等。正常结构优化，哪怕是你这么大的体系，能量不太可能下降几千Hartree。
作者
Author: Cadmus    时间: 2023-10-18 17:18
wzkchem5 发表于 2023-10-18 15:53
检查是不是初始结构不合理，例如有原子靠得太近，某些力场参数设置错误，等等。正常结构优化，哪怕是你这 ...

好的，谢谢您



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