Charmm-gui使用教程&gmx_MMPBSA使用

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我最近的课题需要用到Charmm-gui并进行后续的gmx_MMPBSA计算，但本人专业不是搞计算相关的，同课题组又没有其他同学有相关经验，于是只能自己摸索，很多细节这里会做一个记录。同时附上过程中我看到的教程，给有需要的人参考。

本文只面向0基础的新手。本文主要面对的体系是蛋白质-有机配体。
一、Charmm-gui的使用
这部分有两个写的很好的教程，一个是Nat Protoc 17, 1114–1141 (2022)这篇文章的ESI部分，另一个是https://zhuanlan.zhihu.com/p/27871887957这篇知乎教程。这两个教程都有图片形式的step by step式的说明，足以说明如何使用Charmm-gui网站创建分子动力学模拟的输入文件。
如果你使用gromacs，那么在最后一步选择gromacs并下载相关文件后，可以用下面的命令运行。
注1：下载解压后，在charmm-gui-5228716051（后边数字是任务ID，每个任务不同）/gromacs目录下有个READEME文件，用记事本打开后可以看到详细的运行指令应该是什么，但对于有些不熟悉脚本该怎么用的人，可以直接使用下面的命令。
注2：你需要确保正确安装了Gromacs,并把 charmm-gui-5228716051目录下的整个gromacs文件夹复制到安装了Gromacs的机器上。并cd进入gromacs这个文件夹

1. gmx grompp -f step4.0_minimization.mdp -o step4.0_minimization.tpr -c step3_input.gro -r step3_input.gro -p topol.top -n index.ndx -maxwarn 1

复制代码

1. gmx mdrun -v -deffnm step4.0_minimization -pin on -notunepme  -ntmpi 1

复制代码

1. gmx grompp -f step4.1_equilibration.mdp -o step4.1_equilibration.tpr -c step4.0_minimization.gro -r step3_input.gro -p topol.top -n index.ndx

复制代码

1. gmx mdrun -v -deffnm step4.1_equilibration -pin on -ntmpi 1 -pme gpu -nb gpu

复制代码

这四个命令都运行完之后，找到step5_production.mdp这个文件，修改nsteps                  = 500000这一行的数字。这一行的数字乘以上一行dt的数字再除以1000000就是该任务的模拟时长（ns），如500000*0.002/1000=1ns. 你要模拟多少时间修改nsteps后面的数字即可。

1. gmx grompp -f step5_production.mdp -o step5_1.tpr -c step4.1_equilibration.gro -p topol.top -n index.ndx

复制代码

1. nohup gmx mdrun -v -deffnm step5_1 -pin on -ntmpi 1 -pme gpu -nb gpu  &

复制代码

到这里等待运行结束即可。

二、gmx_MMPBSA的使用
（一）程序安装
首先安装Minaconda:

1. curl -O https://repo.anaconda.com/miniconda/Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

复制代码

1. chmod +x Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

复制代码

1. ./Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

复制代码

安装完成后安装gmx_MMPBSA:

1. wget https://valdes-tresanco-ms.github.io/gmx_MMPBSA/dev/env.yml

复制代码

1. conda env create --file env.yml

复制代码

注：这一步需要很长时间

1. conda activate gmxMMPBSA

复制代码

1. python -m pip install gmx_MMPBSA

复制代码

这里如果一切正常，打gmx_MMPBSA--help 会出现帮助命令，如果成功则安装完成。
（二）具体计算
注1：这里参考了基于gmx_MMPBSA程序的结合自由能计算-MMGBSA方法 - 分子模拟 (Molecular Modeling) - 计算化学公社这篇帖子（我就是跟着这位大佬的帖子学的）
如果你使用Charmm-gui构建输入文件并用gromacs完成了模拟，那么你会有step5_1.xtc，topol.top，index.ndx，step5_1.tpr这4个文件和 toppar这个文件夹。计算需要这几个文件。可以将其单独拷贝到一个新文件夹中进行MMPBSA计算。
1. 对于不含LPH的体系：
注2：如果使用Charmm-gui和Charmm36m力场，而你的配体中有卤素（应该是氯溴碘），那么会有LPH原子。
依次运行下面的命令：

1. gmx trjconv -s step5_1.tpr -f step5_1.xtc -o md1.xtc -pbc nojump -n index.ndx

复制代码

选0，蛋白和配体

1. gmx trjconv -f md1.xtc -s step5_1.tpr -fit rot+trans -o fit.xtc -n index.ndx

复制代码

两次都选0

1. gmx make_ndx -f step5_1.tpr -o index_mod_gromacs.ndx

复制代码

保证索引文件中1是protein，13是lig

然后运行下面的命令开始计算

1. mpirun -np 30 gmx_MMPBSA MPI -O -i mmpbsa_all.in -cs step5_1.tpr -ct fit.xtc -ci index_mod_gromacs.ndx -cg 1 13 -cp topol.top -o FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat -eo
   
2. FINAL_RESULTS_MMPBSA.csv

复制代码

2. 对于含LPH的体系：

1. gmx trjconv -s step5_1.tpr -f step5_1.xtc -o md1.xtc -pbc nojump -n index.ndx

复制代码

选2

1. gmx trjconv -f md1.xtc -s step5_1.tpr -fit rot+trans -o fit.xtc -n index.ndx

复制代码

第一次选0，第二次选2

1. gmx make_ndx -f step5_1.tpr -o index_mod_gromacs.ndx

复制代码

填

1. splitat 13

复制代码

按回车看具体的lig原子

如果只有一个LPH，（如图 78_LIG_LP1_9629） ，则继续

填

1. 13&!78

复制代码

将画红线的组改名

1. name 79 lig

复制代码

将蛋白和真配体合并到一组

1. 1 | 79

复制代码

删除多余的组

1. del 17-78

复制代码

这里看你自己的就可以，如果你的配体是从17开始到56结束，就删除17-56

最后看起来应该是这样。

打下面的命令：

1. echo 18 | gmx trjconv -s step5_1.tpr -f fit.xtc -dump 0 -o str_noLP.pdb -n index_mod_gromacs.ndx

复制代码

1. echo 18 | gmx trjconv -s step5_1.tpr -f fit.xtc -o com_traj.xtc -n index_mod_gromacs.ndx

复制代码

进入toppar文件夹，找到LIG.itp 这个文件， 搜索LP关键词（这一步我是在win下的记事本里做的），找到LP原子的原子序号，搜索该原子序号，删除所有跟其有关的内容。

处理前LIG.itp (19.68 KB, 下载次数 Times of downloads: 2)

2025-7-12 22:22 上传 Uploaded

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处理后LIG.itp (19.25 KB, 下载次数 Times of downloads: 3)

2025-7-12 22:22 上传 Uploaded

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改完后打下面的命令：

1. mpirun -np 30 gmx_MMPBSA -O -i mmpbsa_all_halo.in -cs str_noLP.pdb -ci index_mod_gromacs.ndx -cg 1 17 -ct com_traj.xtc -cp topol.top -o FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat -eo FINAL_RESULTS_MMPBSA.csv

复制代码

注5:如果运行完报错，可能是因为你的终端没有图形界面，程序打不开gmx_MMPBSA_ana图形化后处理程序。只要能找到结果文件（FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat）就不用管，如果不想打开后处理程序，在命令行加上 -nogui 即可。