蛋白质模拟

利用PDB文件构建蛋白体系

>> cd ../../egfp

Objective:

制作EGFP蛋白QM/MM模型，进行MD模拟

System:

QM part - Chromophore

QM method - PBE/DZVP-MOLOPT-GTH 

MM Forcefield - Amber03

QMMM中MD的MDP参数

qmmm-cp2k-active                = true 

qmmm-cp2k-qmgroup            = QMatoms

qmmm-cp2k-qmmethod          = PBE

qmmm-cp2k-qmcharge          = -1

qmmm-cp2k-qmmultiplicity     = 1

CP2K参数输入

>> less egfp-qmmm-nvt.inp

输入QMMM部分

&FORCE_EVAL

…

  &QMMM !QM区域的定义和QM-MM耦合

    &CELL ! QM晶胞

      A 9.720 0.000 0.000 ! 定义三个方向 A, B, C矢量 (单位A)

      B 0.000 21.740 0.000

      C 0.000 0.000 7.500

      PERIODIC XYZ ! 全周期晶胞

    &END CELL

    ECOUPL GAUSS ! QM-MM耦合法(GEEP)

    USE_GEEP_LIB 12   ! GEEP中使用的高斯函数的数量

…

&FORCE_EVAL

  &QMMM !QM区域的定义和QM-MM耦合

    …

    &PERIODIC ! 处理周期性周期性QM-MM

      GMAX     1.0E+00

      &MULTIPOLE ON ！ 使用Blöchl方案(解耦和重耦合)

         RCUT     1.0E+01

         EWALD_PRECISION     1.0E-06

      &END

    &END PERIODIC

…

  &END QMMM

输入MM部分

&FORCE_EVAL

…

  &MM ！ MM区处理

    &FORCEFIELD

      DO_NONBONDED FALSE ！ 不做MM-MM点电荷和VdW的相互作用

    &END FORCEFIELD

    &POISSON

      &EWALD

        EWALD_TYPE NONE ！ 不做MM-MM周期性交互

      &END EWALD

    &END POISSON

  &END MM

…

输入TOPOLOGY部分

&SUBSYS

    …

    &TOPOLOGY               ！ grompp将为CP2K生成带原子电荷的pdb

      COORD_FILE_NAME egfp-qmmm-nvt.pdb ！ 输入电荷的文件

      COORD_FILE_FORMAT PDB

      CHARGE_EXTENDED TRUE !！ 从PDB Extended Beta字段读取电荷(从第81列开始)

      CONNECTIVITY OFF !！ 不要读取或生成键(MM由Gromacs处理)

      &GENERATE

         &ISOLATED_ATOMS ！ 生成由孤立原子组成的拓扑结构

            LIST 1..26

         &END

      &END GENERATE

    &END TOPOLOGY    

    …

定义QM部分输入文件

Objective:

模拟EGFP蛋白的紫外/可见吸收光谱

System:

QM part - Chromophore

QM method - PBE/DZVP-MOLOPT-GTH TDDFT – for excitation energies

MM Frocefield - Amber03

定义QM部分输入文件

egfp-qmmm-spec.inp

&FORCE_EVAL

...

  &DFT 

  …

  &END DFT

  &PROPERTIES                                       ! 请求在SCF之后计算其他属性

    &TDDFPT                                           ! TDDFT激发态

       NSTATES      5                                 ! 要计算的激发态数

       MAX_ITER    10                               ! 要执行的最大Davidson对角化迭代

       CONVERGENCE [eV] 1.0e-3            ! 能量收敛

    &END TDDFPT

  &END PROPERTIES

...

&END FORCE_EVAL

less md-qmmm-spec.mdp

; CP2K QMMM parameters

qmmm-cp2k-active              = true   ;激活QMMM的Md模块

qmmm-cp2k-qmgroup          = Qmatoms ; QM的索引组

qmmm-cp2k-qmmethod        = INPUT  ; 使用方法

gmx grompp -f md-qmmm-spec.mdp -qmi egfp-qmmm-spec.inp -p topol.top -c conf.gro -t egfp-qmmm-nvt.trr -n index.ndx -o egfp-qmmm-spec.tpr

TDDFT激发能

>> less egfp-qmmm-spec.out

对光谱进行卷积

计算结果

100fs后采样

3ps后采样

1)CP2K参数和练习

https://docs.bioexcel.eu/qmmm_bpg/en/main/

2) 在线上QM/MM系列中最佳练习:

https://bioexcel.eu/events/virtual-workshop-best-practices-in-qm-mm-simulation-of-biomolecular-systems/

3)Bioexcel YouTube频道:

https://www.youtube.com/c/BioExcelCoE/videos