结合自由能计算-蛋白蛋白结合自由能计算方法

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分享一下基于几何路径的蛋白蛋白结合自由能的计算方法：

那么实现这样的一个目标主要需要以下几个软件（网站）：1. CHARMM-GUI：获得输入文件（pdb、psf等）2. BFEE2：获得模拟的输入文件、结果处理等3. NAMD：模拟软件本教程所使用的示例PDBID：4INS。首先获得4INS的输入文件，那么就要使用到CHARMM-GUI（需要注册）：

输入PDBID：4ins（也可以自己上传PDB，Tips但是最好先用charmm-gui的PDBreader做一下标准化，不然可能读不出来）

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]默认选择四条链，如果不确定，建议下载pdb，用vmd或者pymol等软件可视化。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]一般都是默认，这个界面，也可以设置二硫键、突变、质子化状态等。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]设置水盒子、离子浓度等。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]最后选择你需要的力场，选择NAMD输出即可（Tip：勾选上HMR可以使得模拟步长设置为4fs）。然后就可以下载他的压缩包。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]这就做好了参数文件。下一步需要部署BFEE2，需要从github上下载，由于一些原因（DDDD），需要一些特殊的网络，直接google搜BFEE2，点击进入主页，看到一个性感的头像就说明点对了。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]然后下载这个包，选择dev版本，然后我建议新手用pycharm进行conda环境的安装。

1、 高手直接运行就可以了BFEE2Gui.py就可以，缺什么依赖下载什么依赖。（需要把这个/bin/BFEE2Gui.py复制到上一级目录）

2、 普通用户建议直接用以下三行命令:

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]然后在输入：python BFEE2Gui.py,就会跳出主界面

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]然后对应加载刚刚CHARMM-GUI中下载的文件就可以，这里选择研究对象，因为采用的是基于集合路径的方法，所以需要设置受体和配体(基于python的MDAnalysis语法)，不然施加的偏执势可能会有问题。所以加载完如图所示：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]然后因为绝对结合自由能耗时非常大，所以需要进行分窗口模拟，尤其是在以质心距离为cv的模拟时（决速步骤，建议用手上最好的卡计算）。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]然后点击Generate Inputs，就会得到一个BFEE的文件夹。下一步就是进行模拟的设置了，此时需要在linux的系统上进行模拟(NAMD暂时不支持windows的模拟)，那么就要在NAMD的官网上下载（与VMD同一个网站），要选择CUDA版本，需要加速：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]下载完，会得到一个压缩包，把他传输到你运行计算的机器上，然后解压文件，然后打开，就会看到一个绿色的namd3，这就可以跑了（咱就说，是不是从下载到安装好都不要1分钟！啥环境变量设置，啥解压的都不要，直接跑！）。然后就开始进行模拟部分：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]有这么几个文件夹，文件夹外面的都设置好了，不用管。直接进入000_eq，对体系进行平衡：运行/路径/namd3 +p1+idlepoll +devices 0 000.1_eq.conf > eq.log &(这里的devices后面的数字，你可以输入nvidia-smi看你用的是哪块卡，根据自己情况设置)然后需要更新一下其他的输入文件，运行：Python 000.2_updateCenters.py (可能需要一些基础的python包)然后在02~06的窗口里面，进行同样的命令，对不同的cv进行模拟（可以同时进行，只要你的卡够）然后在打开007文件夹：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]依次进行模拟。这些都跑完就结束辣！但是！！！蛋白蛋白绝对结合自由能为什么难算！就是因为难收敛，因此，我们这里也要考虑是否收敛的情况！那么没有经验的同学怎么看呢，没关系，BFEE2已经帮大家做好了后处理的一键处理：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]那么就可以用到history file, bowse 你跑的*.hist.czar.pmf文件，如果最后它的plot是这样的形式：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]RMSD区域平了，那就可以收手了！然后把你多个窗口的PMF文件整合到一起，如第七步共分了五个窗口，每个窗口还续跑了好几次，只需要把所有的 *.czar.pmf文件合并，最后合并成一个文件，然后再把文件加载到第一个PMF.file中点击polt就可以了！

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]一般来说，每一个自由度上，跑成这样就差不多了。那么最后就是激动人心统计结果的时候了，虽然分了这么多步，但是

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]只需要把每一步的结果加载到对应的框里面，再点击最下面的按钮，就可以得到结果！

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]就像这样！那么最后如果要发文章想要画表格和图展现结果的时候，表格和图怎么设计和示意呢！请看这篇文章：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jcim.3c00487在使用中，如果遇到任何问题，任何时间可以邮件联系到我：bigbian atmail.nankai.edu.cn也可以关注我们的公众号：玩转NAMD如果这部分内容对你的工作有一些帮助，还希望关注一下我们，引用一些我们的工作：1.    Fu H, Chipot C, Shao X, et al.Achieving Accurate Standard Protein–Protein Binding Free Energy Calculationsthrough the Geometrical Route and Ergodic Sampling[J]. Journal of ChemicalInformation and Modeling, 2023, 63(8): 2512-2519.2.    Fu H, Chen H,Blazhynska M, et al. Accurate determination of protein: ligand standard bindingfree energies from molecular dynamics simulations[J]. Nature protocols, 2022,17(4): 1114-1141.3.    Fu H, Chen H,Cai W, et al. BFEE2: automated, streamlined, and accurate absolute binding free-energycalculations[J]. Journal of Chemical Information and Modeling, 2021, 61(5):2116-2123.