NAMD自由能计算教程—1、用eABF和meta-eABF进行多维自由能计算

Daniel_Arndt

我目前研究一个大环内酯类药物在丙酮中的构象，它有两个醚和两个羟基，形成了一个分子内氢键的“网”，我跑了几个ns，发现这个氢键的“网”始终没有被破坏掉。但结合之前的实验，我们推测它在溶剂中还应该有另一个构象，其中这个氢键的“网”被破坏了，取而代之的是它和溶剂形成的分子间氢键。我也刚刚开始接触enhanced sampling，我想问一下寻找这种构象适不适合用eABF处理？如果适合的话，有没有推荐的collective variable？因为我看过的文献中常常处理的是一些生物大分子，它们适用的collective variable不大方便照搬到这种小分子药物上。

ene

Daniel_Arndt 发表于 2019-10-5 10:05
我目前研究一个大环内酯类药物在丙酮中的构象，它有两个醚和两个羟基，形成了一个分子内氢键的“网”，我跑 ...

你这种跑跑加速动力学或者模拟退火估计也可以

wuzhiyi

分子动力学软件慢就是原罪 要是速度能敢上gromacs马上资料就多多了
再牛逼的enhance sampling也不能抵消因为跑的慢带来的收敛问题

fhh2626

wuzhiyi 发表于 2019-10-5 19:10
分子动力学软件慢就是原罪 要是速度能敢上gromacs马上资料就多多了
再牛逼的enhance sampling也不能抵消因 ...

NAMD+colvars比gmx+plumed快一些，主要是colvars比plumed快
增强采样和平衡模拟完全没有可比性，平衡模拟再快也就是几倍的事情，增强采样对收敛效率的提升是几个数量级的问题

另外就算不做自由能计算，gmx的速度在MD软件中也算不上快的，现在第一梯队是amber和openmm

fhh2626

Daniel_Arndt 发表于 2019-10-5 10:05
我目前研究一个大环内酯类药物在丙酮中的构象，它有两个醚和两个羟基，形成了一个分子内氢键的“网”，我跑 ...

我觉得你这种情况更适合用aMD，REMD这一类不需要选反应坐标的增强采样方法

Daniel_Arndt

fhh2626 发表于 2019-10-5 20:15
我觉得你这种情况更适合用aMD，REMD这一类不需要选反应坐标的增强采样方法

多谢你的建议！

s345538842

付老师，您好，在使用eabf进行多维度的pmf计算时，虽然能够继续计算，但是总会出现以下提示的错误：

colvars:   Integrated in 144 steps, error: 9.96932e-07

colvars:   Integrated in 128 steps, error: 9.25099e-07

colvars:   Integrated in 1 steps, error: 7.02279e-07

colvars:   Integrated in 1 steps, error: 6.7063e-07

colvars: Synchronizing (emptying the buffer of) trajectory file "emeta_d-nc_573.colvars.traj".

colvars: Saving collective variables state to "rest.colvars.state".

colvars:   Integrated in 1 steps, error: 5.93777e-07

colvars:   Integrated in 1 steps, error: 5.7674e-07

用的是Lammps计算的，

版本号为：Initializing the collective variables module, version "2019-08-05".

        Using LAMMPS interface, version "2019-08-01".

# collective
indexFile OH_wat.ndx
colvarsTrajFrequency    1000
colvarsRestartFrequency 10000

colvar {
  name dist

  width 0.2
  lowerboundary 2.0
  upperboundary 12.0
  extendedlagrangian   on
  extendedFluctuation  0.2
  extendedTimeConstant   200
  subtractAppliedForce   on

  distance {
    group1 { indexGroup Na  }
    group2 { indexGroup F }
  }
}

colvar {
  name ncoord

  width 0.5
  lowerboundary 4.5
  upperboundary 13
  outputValue   on

  extendedlagrangian   on
  extendedFluctuation  0.5
  extendedTimeConstant   200
  subtractAppliedForce   on

  coordNum {
    group1 { indexGroup Na  }
    group2 { indexGroup OW  }
    cutoff    3.5
    expNumer  6
    expDenom  12
  }
}

abf {
  colvars dist ncoord
  fullSamples 500
  historyfreq  10000
  writeCZARwindowFile
}
metadynamics {
  colvars dist ncoord
  hillwidth  5
  hillweight  0.1
}

fhh2626

s345538842 发表于 2019-10-22 21:12
付老师，您好，在使用eabf进行多维度的pmf计算时，虽然能够继续计算，但是总会出现以下提示的错误：
col ...

这个不是错误，error是误差的意思

s345538842

fhh2626 发表于 2019-10-22 22:00
这个不是错误，error是误差的意思

了解，非常感谢

s345538842

fhh2626 发表于 2019-10-22 22:00
这个不是错误，error是误差的意思

fu博士，您好，再请教个问题：利用eabf-meta 进行多维度PMF计算时，是否需要用abf_integrate进行后续的数据处理？
之前看到Giacomo回复过：If you have biased and sampled two collective variables, then by definition the potential of mean force is two-dimensional and it is the final result, requiring no post-processing :-)  From this you can extract an infinite number of 1D PMFs, depending on the ones that you need.  In most cases, you will calculate the Boltzmann exponential of the 2D PMF, which will give you the partition function of the system in the reduced two-dimensional space (assuming that the calculation was statistically converged).
https://lammps.sandia.gov/threads/msg81923.html

但是在colvars的colvars-refman-lammps文件中写明：In dimension 2 or greater, integrating the discretized gradient becomes non-trivial. The standalone utility abf_integrate is provided to perform that task.
且[size=13.3333px]Prof. Giacomo Fiorin在回答另外一个人时，也说是需要的：
That depends on what you are using: metadynamics will write the 2D PMF automatically; ABF will need post-processing for anything above 1 dimension; umbrella sampling will also require post-processing.https://lammps.sandia.gov/threads/msg70294.html

关于本篇文章中，您提供的eabf-meta的文档中也有abf_integrate的程序，但是您用的是metaeabf.abf1.czar.pmf作图。
我自己也尝试了 abf_integrate计算的结果与abf1.czar.pmf结果的对比，结果显示两者类似，但是在数值上存在大小的差异。


因此请问fu博士，利用eabf进行多维度PMF计算时，是否需要用abf_integrate进行后续的数据处理？

非常期待和感谢您的回复。

fhh2626

s345538842 发表于 2019-10-23 15:18
fu博士，您好，再请教个问题：利用eabf-meta 进行多维度PMF计算时，是否需要用abf_integrate进行后续的数 ...

abf_integrate是一个老的积分器，现在colvars里面自带了一个新的积分器，所以直接用输出文件里面的pmf就可以，不过你想要用abf_integrate也没问题

s345538842

fhh2626 发表于 2019-10-23 15:31
abf_integrate是一个老的积分器，现在colvars里面自带了一个新的积分器，所以直接用输出文件里面的pmf就 ...

了解，非常感谢

s345538842

fhh2626 发表于 2019-10-23 15:31
abf_integrate是一个老的积分器，现在colvars里面自带了一个新的积分器，所以直接用输出文件里面的pmf就 ...

fu 博士，您好，再次打扰。
我现在想做分子在气液两相中的分配系数，因此需要使溶质分子从溶液中运动到气相里面。采用的是distanceZ的colvar方法进行了粗略的计算，具体文件如下：
计算过程中发现液相的水分子会随着溶质分子一起运动，不知为何，还请指教。
翻看论坛中的博文发现您以前提出过“1、建议约束水的质心，并且把PBC的盒子放大一些，不要让水跨过PBC边界，要不然colvars计算质心会出错”（http://bbs.keinsci.com/thread-12240-1-1.html）
但是因为水分子也可能会进入到气相中，所以我采用的是dummyAtom，使溶质分子分子的绝对坐标发生变化。

ColvarsTrajfrequency    100
ColvarsRestartfrequency 1000

colvar {
  name distZ

  width 2
  lowerboundary  70
  upperboundary  100

  lowerwallconstant 20.0
  upperwallconstant 20.0

  extendedlagrangian   on
  extendedFluctuation  0.2
  extendedTimeConstant   200

  distanceZ {
   main  { atomnumbers 5998 }
   ref   { dummyAtom (20.0, 20.0, 0.0) }
   axis  (0,0,1)
}
}

abf {
  colvars distZ
  fullSamples 500
  historyfreq  1000
  writeCZARwindowFile
}

fhh2626

s345538842 发表于 2019-11-21 00:28
fu 博士，您好，再次打扰。
我现在想做分子在气液两相中的分配系数，因此需要使溶质分子从溶液中运动到 ...

溶质如果是亲水的话，就有可能带着水分子走的啊，宏观上就是形成了共沸物

这种情况建议你用FEP计算溶解自由能

s345538842

fhh2626 发表于 2019-11-21 00:47
溶质如果是亲水的话，就有可能带着水分子走的啊，宏观上就是形成了共沸物

这种情况建议你用FEP计算溶 ...

fu博士，您好，非常感谢您的解答。我今天试了下把溶质分子放在水分子上面的真空层跑nvt，发现水分子是会被强烈的吸引过去的。