关于PMMA分子拓扑文件构建的问题

光荣道彭于晏

卢老师您好，之前咨询过您关于pdb2gmx来构建线型聚合物拓扑文件的问题，以及线型聚合物重复单元残基和两端残基的RESP电荷计算问题。目前，对于pdb2gmx这种方式来构建拓扑文件，我一直没有摸索到正确的方法，也不知道如何仿照氨基酸残基来正确编辑力场中的.rtp文件。所以，一直仿照教材和博文的教程，先对有一定重读单元数的PMMA单分子进行几何优化，然后计算其RESP电荷，最后替换进由acpype.py生成的相关拓扑文件中去（经过测试，acpype.py脚本可以针对包含原子数为500左右的分子产生其拓扑文件）。但是，对于我目前构建的残基数约30左右、原子数约470个的单分子聚合物，我自己的电脑实在是算不动（pm7的半经验优化始终无法收敛，于是我从b3lyp/sto-3g开始，逐级进行几何优化，随着计算精度的提高，电脑越来越吃力， 甚至几个小时都无法完成一步），而使用谷歌的GCP服务项目，C2虚拟机，60个vCPU，240GB RAM，b3lyp/tzvp，467个原子，三个小时才只能优化一步，同时赠金额度只能满足约100小时的运算……

于是，我开始思考，我是否可以手动给拓扑文件中的原子指认原子电荷？

具体做法就是，按照卢老师提供的教程，先计算结构为A-B-C的MMA三聚体的RESP2(0.5)电荷，A和C为封端的残基，B是重复单元残基，针对三种残基，将其中的原子进行命名和归类，类似于“α碳”、“羰基氧”等等名称，并将其对应上相应的RESP电荷数值，如图上所示。然后根据此表格，将.itp文件中的原子依次排序，结合Gaussview中原子的空间位置，对其原子电荷进行指认。这样的做法确实很笨，手动也容易出错，但是也是目前我能想到的，施行起来最简单的方法了。由于结构相对简单一些，各个残基的原子顺序上存在重复性，基本上可以一直复制粘贴进行手动指认，所以速度上也不至于太慢。

我的问题是，这种做法是否存在合理性？这是否与pdb2gmx构建拓扑文件的思路类似？毕竟pdb2gmx也是要到.rtp文件中读取相应残基的原子电荷数据。

谢谢卢老师！

sobereva

聚合物本来就适合靠pdb2gmx产生拓扑文件，拿整个聚合物愣算原子电荷不仅耗时很高，原理上也往往不十分理想（有构象依赖性问题）。你只需要把重复单元（位于中间和位于两端）的信息在rtp里定义了，里面给各个原子设置上原子电荷，产生的拓扑文件直接就有所有原子的原子电荷了。但前提是你的结构文件里各个原子的原子名都正确命名了，这样pdb2gmx才能正确匹配。

如果你要求非常低，凑合用MMFF94原子电荷（OpenBabel可给出）或Multiwfn能算的EEM原子电荷（基于拟合静电势电荷对应的参数，看Multiwfn手册4.7.5节）也未尝不可，一秒钟就能得到结果。

光荣道彭于晏

卢老师您好，我尝试研究了一下用pdb2gmx生成PMMA的拓扑文件。但是目前遇到了问题，GROMACS (win10, 2020.6 GPU)出现了报错(centos, 2018.8，也是相同的报错)：
1. “WARNING: atom H*** is missing in residue MMA 1 in the pdb file You might need to add atom H22 to the hydrogen database of building block MMA in the file ./amber99sb-ildn.ff/aminoacids.hdb (see the manual)”（所有的氢原子都是这样）
2. “WARNING: atom C1 is missing in residue MMA 1 in the pdb file”（所有的非H原子应该都missing了）

3. "Fatal error: There were 452 missing atoms in molecule Other_chain_A, if you want to use this incomplete topology anyhow, use the option -missing"

pdb文件生成：
1，使用ChemDraw和Chem3D绘制之后保存为.mol2，然后使用GaussView保存为.pdb；
2，将.pdb文件中的数据拷贝到Excel，并分列
3，在Excel中手动编辑各列的数据，原子名、残基名、残基号等。其中原子名采用的是计算RESP电荷时的MMA三聚体的结构中原子名；残基名设置成三位，MMA和MMC是封端的残基，MMB是中间的重复单元残基，MMX和MMY分别是同时与MMA/MMB、MMB/MMC相连的重复单元残基。
4，使用ultraedit软件，对照pdb格式的要求，将Excel中的数据复制进来并进行格式编辑。

对力场文件的修改（以amber99sb-ildn.ff为基础）：
1，使用acpype.py处理一下MMA三聚体的.mol2文件，生成相关文件
2，将上一步产生的GMX格式的itp文件中的[atomtypes]中的相关原子类型信息填写到amber99sb-ildn.ff/ffnonbonded.itp中
3，根据GMX格式的itp文件，将残基信息编辑进amber99sb-ildn.ff/aminoacids.rtp，包括[MMA]、[MMX]、[MMB]、[MMY]、[MMC]
4，将原子类型信息补充到amber99sb-ildn.ff/atomtypes.atp

基于以上工作，尝试使用pdb2gmx产生拓扑文件，
1，但是GMX的报错提示我，几乎所有的原子，无论是氢原子还是其他原子都missing，这是因为什么呢？
2，我是否需要去amber99sb-ildn.ff/aminoacids.hdb中补充给聚合物加氢的信息？
3，我的pdb文件中已经定义了氢原子了，只不过所有的非氢原子都在文件的前半部分，所有的氢原子都在后半部分，我定义了30个残基，如文件中所示。但是GMX识别文件中有60个残基，是将氢原子和非氢原子分别识别了吗？
4，GMX还提示8号原子和205号原子间有一个超长共价键，超过了5nm，但是我使用GaussView检查pdb结构，没有发现问题，这是为什么？

光荣道彭于晏

sobereva 发表于 2022-2-6 02:52
聚合物本来就适合靠pdb2gmx产生拓扑文件，拿整个聚合物愣算原子电荷不仅耗时很高，原理上也往往不十分理想 ...

卢老师，我在楼上重新提交了几个问题，希望您不吝赐教！谢谢！

另外，我还想再咨询一下一楼的问题，就是acpype处理这种400多个原子的聚合物产生拓扑文件，但不让其生成电荷信息，然后将MMA三聚体计算出来的RESP电荷补充进去，从而补全拓扑文件，这种做法是否存在不合理性？
目前来看，这种方式非常简便易行。而使用pdb2gmx产生拓扑文件，工作量明显更大，且似乎更易出错。

sobereva

光荣道彭于晏 发表于 2022-2-16 22:18
卢老师，我在楼上重新提交了几个问题，希望您不吝赐教！谢谢！

另外，我还想再咨询一下一楼的问题，就 ...

合理

光荣道彭于晏

sobereva 发表于 2022-2-17 08:40
合理

感谢卢老师的指导！

Lyueyang2020

非常感谢您的提问以及卢老师的解答，我也遇到了相似的问题，不知道您是怎么解决这个问题的呢“WARNING: atom H** is missing in residue **** in the pdb file You might need to add atom H72 to the hydrogen database of building block ***”，我是补充了非标准残基的“rtp/hdp"文件，但是无法识别该残基的H原子，请问我需要将他们全部重新命名么，类似 CBL/ HBL1/HBL2这种，每个原子上的H从1开始编号。非常感激您的解答！

slxc920113

Lyueyang2020 发表于 2024-3-23 14:24
非常感谢您的提问以及卢老师的解答，我也遇到了相似的问题，不知道您是怎么解决这个问题的呢“WARNING: ato ...

AuToFF的聚合物建模功能已经基本上傻瓜式解决了线性聚合物的拓扑生成问题，可以自己搜索该工具。