molecule.itp(5.7.2)

有些时候，为了方便运用某一个常用分子的拓扑或者使 topol.top 文件结构更加简洁，可以把它单独写入一个 .itp 文件中。这个文件仅包含一个特定分子的信息，可以被任意引用，这样就避免了每次都需要使用 pdb2gmx 或者重复地复制粘贴。一般力场中都会提供水分子、离子（有些还提供少许脂质分子）的 .itp 文件；此外有些常用小分子（如ATP）的信息会被储存在立场文件夹的 aminoacids.rtp 中，在 pdb2gmx 过程中与大分子一并生成拓扑。
ff文件夹中所携带的.itp文件

接下来以 spc 水分子为例简单展示 .itp 的结构：
[ moleculetype ]
; molname	nrexcl
SOL		2
[ atoms ]
;   nr   type  resnr residue  atom   cgnr     charge       mass
#ifndef HEAVY_H
     1     OW      1    SOL     OW      1      -0.82   15.99940
     2      H      1    SOL    HW1      1       0.41    1.00800
     3      H      1    SOL    HW2      1       0.41    1.00800
#else
     1     OW      1    SOL     OW      1      -0.82    9.95140
     2      H      1    SOL    HW1      1       0.41    4.03200
     3      H      1    SOL    HW2      1       0.41    4.03200
#endif
#ifndef FLEXIBLE
[ settles ]
; OW	funct  doh	dhh
1	1	0.1	 0.16330
[ exclusions ]
1	2	3
2	1	3
3	1	2
#else
[ bonds ]
; i	j	funct	length	force.c.
1	2	1	0.1	345000	0.1     345000
1	3	1	0.1	345000	0.1     345000
[ angles ]
; i	j	k	funct	angle	force.c.
2	1	3	1	109.47	383	109.47	383
#endif
可以发现，.itp 主要由以下几个部分构成： 
[ moleculetype ]：定义分子名称和非键排除（nrexcl，排除相邻nrexcl个键的非键相互作用）；
[ atoms ]、[ settles ]、[ exclusions ]、[ bonds ]、[ angles ]等：这一部分是分子的具体信息，对应于相应的[ moleculetype ]，具体含义与设置请见手册表5.5（中文手册（李继存老师组织翻译版）120页）。 
由pdb2gmx产生的一类文件
 
在此我们以 Phi29 DNA聚合酶结合ssDNA复合物（PDB:1XHZ）的 chain A & chain E 为例，用 amber99sb-ildn.ff 生成了他们的拓扑和其他一系列文件：
 
 接下来将细致的讲解他们各自的内容和功能。 
topol.top(5.7.1)
 
拓扑文件是gromacs运行模拟所必需的文件，它提供了模拟体系中所有分子的拓扑结构、力场文件的引用、约束力参数……；拓扑文件必须包含三个层次： 
参数级别；这一部分包括了力场设定（详细请见手册表5.4参数大栏（不过他那个表做的确实不怎么好看）），但一般直接使用#include "力场文件路径/forcefield.itp"进行引用（如下）。 
; Include forcefield parameters
#include "amber99sb-ildn.ff/forcefield.itp"
分子定义级别：这一部分包含了一个或多个分子（可以是protein/DNA/小分子；如果是多个分子，在使用pdb2gmx时一般会额外生成每个小分子对应的 .itp 文件，然后再于 .top 中进行引用，详细请见下面的代码示例）的定义，包括了[ moleculetype ]、[ atoms ]、[ bond ]、[ pairs ]……（这些定义中的参数如gd_23具体所指的数据都是由上一部分参数级别给出的，也就是对 forcefield.itp 的内容的调用），以及对分子的约束参数（posre.itp）。实际上，.itp 文件可以看做是 .top 文件分子定义级别（针对每单个分子）单独拿出储存的信息，他们形成了一个嵌套式的引用关系（其实 .itp 文件下也可以再嵌套 .itp 文件，请见下面代码示例），这样做一来节省了空间，二来逻辑更加清晰。 
topol.top文件： 
; Include chain topologies
#include "topol_Protein_chain_A.itp"
#include "topol_DNA_chain_E.itp"
; Include water topology
#include "amber99sb-ildn.ff/tip3p.itp"
#ifdef POSRES_WATER
; Position restraint for each water oxygen
[ position_restraints ]
;  i funct       fcx        fcy        fcz
   1    1       1000       1000       1000
#endif
; Include topology for ions
#include "amber99sb-ildn.ff/ions.itp"
topol_DNA_chain_E.itp文件： 
[ moleculetype ]
; Name            nrexcl
DNA_chain_E         3
[ atoms ]
;   nr       type  resnr residue  atom   cgnr     charge       mass  typeB    chargeB      massB
; residue   1 DT  rtp DT5  q -0.3
     1         OH      1     DT    O5'      1    -0.6318         16   ; qtot -0.6318
     2         HO      1     DT    H5T      2     0.4422      1.008   ; qtot -0.1896
     3         CT      1     DT    C5'      3    -0.0069      12.01   ; qtot -0.1965
;******
; Include Position restraint file
#ifdef POSRES
#include "posre_DNA_chain_E.itp"
#endif
对于这一部分有几点需要注意的：(1) 对于每一个[ moleculetype ]，与其对应的[ atoms ]、[ bond ]、[ pairs ]等必须置于其阅读顺序后方，否则将被判断为其他分子的参数或者毫无意义；(2) 分子中原子应从1开始连续编号，相同电荷组的原子必须连续列出。 
体系级别：只包含体系的特定信息（[ system ]&[ molecules ]，信息内容不言自明）。 
[ system ]
; Name
Protein
[ molecules ]
; Compound        #mols
Protein_chain_A     1
DNA_chain_E         1
posres.itp
 
这个文件包含了源自 .pdb 文件中对于重原子的位置限制，这也就意味着由pdb2gmx产生的质子是没有位置限制的。通常作为 .top 文件分子定义级别的一部分进行引用（实际上也可以直接书写在 .top 文件中，这对于比较小的（比如水分子）会方便一些）。 
[ position_restraints ]
; atom  type      fx      fy      fz
     1     1  1000  1000  1000
     4     1  1000  1000  1000
     7     1  1000  1000  1000
molecule.gro
 
.gro 文件中涵盖了从 .pdb 得到的分子的位置信息。文件的第一行是体系的名称（我也不太清楚为什么被自动命名成了这个，一般都会是 Protein in water 之类的）；第二行为原子总数；接下来是每个原子的归属和坐标信息；最后一行标注了盒子的三个 box vectors。




    
 
GROtesk MACabre and Sinister
    5PRO      N    1   4.832  -0.760   7.635
    5PRO     H1    2   4.818  -0.841   7.692
    5PRO     H2    3   4.874  -0.688   7.690
    5PRO     CD    4   4.922  -0.794   7.523
    5PRO    HD1    5   4.972  -0.878   7.543
    5PRO    HD2    6   4.987  -0.720   7.507
;          ******
 9.66620  15.03970  19.83250
由grompp&mdrun产生的文件(待续
 

 上图显示了这两步产生的一系列文件，其中 .tpr 是由grompp产生的；其余均由mdrun阶段产生。除了 .log 文件外，其余均由二进制格式书写，所以读取的时候需要借助 gmx 的dump指令（一般我们并不需要细致的查看（除 .log 外）这些文件的具体内容，gmx （或其他软件）中一般均有提取相应信息的指令，也会在相应部分提到（所以你可以不必使用dump阅读文件的所有内容，简单看一看我展示的部分片段就足够了））。 
gmx dump [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-e [<.edr>]]
         [-cp [<.cpt>]] [-p [<.top>]] [-mtx [<.mtx>]] [-om [<.mdp>]]
         [-nice ] [-[no]nr] [-[no]sys]
具体各选项含义请自行查看 gromacs 手册。我们可以将dump的输出写到 .txt 里，例如： 
gmx dump -s md_0_1.tpr | tee tpr.txt
md.log
 
这是输出的日志文件，根据 .mdp 文件中nstlog = 500的间隔进行写入。里面包含了 gromacs 一些基本信息、输入参数以及模拟进程，并且如果模拟中发生了致命错误，也会被写入 .log 的末尾（代码块仅摘取了部分内容，并不严格对应于上述模块）。 
Log file opened on Tue Jul 12 15:54:24 2022
Host: localhost.localdomain  pid: 22244  rank ID: 0  number of ranks:  1
GROMACS:    gmx mdrun, VERSION 5.0.7
GROMACS is written by:
Emile Apol         Rossen Apostolov   Herman J.C. Berendsen Par Bjelkmar
Gromacs version:    VERSION 5.0.7
Precision:          single
Memory model:       64 bit
MPI library:        thread_mpi
OpenMP support:     enabled    
Input Parameters:
   integrator                     = md
   tinit                          = 0
   dt                             = 0.002
   nsteps                         = 50000000
   init-step                      = 0
Initializing Domain Decomposition on 40 ranks
Dynamic load balancing: auto
Will sort the charge groups at every domain (re)decomposition
Initial maximum inter charge-group distances:
    two-body bonded interactions: 0.429 nm, LJ-14, atoms 6484 6492
  multi-body bonded interactions: 0.429 nm, Proper Dih., atoms 6484 6492
Started mdrun on rank 0 Tue Jul 12 15:54:25 2022
           Step           Time         Lambda
              0        0.00000        0.00000
   Energies (kJ/mol)
          Angle    Proper Dih.  Improper Dih.          LJ-14     Coulomb-14
    1.50593e+04    1.89724e+04    9.68484e+02    7.88669e+03    7.82556e+04
        LJ (SR)  Disper. corr.   Coulomb (SR)   Coul. recip.   COM Pull En.
    1.24363e+05   -3.79778e+03   -1.25162e+06    2.40987e+03    3.22628e-14
      Potential    Kinetic En.   Total Energy    Temperature Pres. DC (bar)
   -1.00750e+06    2.03942e+05   -8.03557e+05    3.11421e+02   -7.94998e+01
 Pressure (bar)   Constr. rmsd
    5.19546e+01    2.69715e-05
DD  step 24 load imb.: force 25.4%  pme mesh/force 0.813
At step 25 the performance loss due to force load imbalance is 15.2 %
NOTE: Turning on dynamic load balancing
DD  load balancing is limited by minimum cell size in dimension Y
DD  step 999  vol min/aver 0.743! load imb.: force  1.5%  pme mesh/force 0.952
md.tpr
 
你可以自己获得相应的 tpr.txt 然后打开观察（如果体系很大的话输出的 .txt 会比二进制的 .tpr 大很多），其中有几个部分： 
模拟的初始设置：inputrec、qm-opts等，主要是 .mdp 中输入的；
体系的拓扑信息：topology，读取自 .top 文件；
 
在大多数情况下我们并不需要查看这个文件的具体内容，除非发生了什么致命错误或者你需要对比两个模拟体系的差异，后者可以使用check指令： 
gmx check [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-f2 [<.xtc/.trr/...>]]
          [-s1 [<.tpr/.tpb/...>]] [-s2 [<.tpr/.tpb/...>]]
          [-c [<.tpr/.tpb/...>]] [-e [<.edr>]] [-e2 [<.edr>]] [-n [<.ndx>]]
          [-m [<.tex>]] [-nice ] [-vdwfac ] [-bonlo ]
          [-bonhi ] [-[no]rmsd] [-tol ] [-abstol ]
          [-[no]ab] [-lastener ]
像这样：gmx check -s1 top1 -s2 top2 
md.xtc & md.trr
 
这种文件储存了模拟过程中的部分轨迹信息（根据 .mdp 文件中nstxout-compressed = XXX的设置提取相应帧），一般需要一个结构文件（比如 .gro、.pdb）来实现可视化。 
其中 .trr （可以）是全精度的轨迹数据，它保留了每个原子确切的坐标值。可以用check进行一个简略的查看：gmx check -f traj.trr 
对于 .xtc ，手册是这么说的：“The xtc format is a portable format for trajectories. It uses the xdr routines for writing and reading data which was created for the Unix NFS system.”（xdr 方法请自行百度）。它存储的信息是经过压缩和近似的（可能甚至不是高精度的），主要是通过对坐标缩放（一般是乘以1000）然后四舍五入为整数值；利用原子在序列上接近则通常在空间上也很接近(例如水分子)的特点，对xdr库进行了扩展，使用一个特殊的方式来编写3-D浮点坐标等等。 
（似乎可以直接用 C 或 FORTRAN 来处理 xdr，没咋看明白，挖个坑以后在研究 
然后可以直接用 VMD 来载入 .xtc 文件查看轨迹。除了配合相应结构文件进行可视化以外，gmx 也有很多指令可以直接操作轨迹文件，比如gmx trjconv： 
gmx trjconv [-f [<.xtc/.trr/...>]] [-o [<.xtc/.trr/...>]]
            [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-n [<.ndx>]] [-fr [<.ndx>]]
            [-sub [<.ndx>]] [-drop [<.xvg>]] [-nice ] [-b ]
            [-e ] [-tu ] [-[no]w] [-xvg ] [-skip ]
            [-dt ] [-[no]round] [-dump ] [-t0 ]
            [-timestep ] [-pbc ] [-ur ] [-[no]center]
            [-boxcenter ] [-box ] [-trans ]
            [-shift ] [-fit ] [-ndec ] [-[no]vel]
            [-[no]force] [-trunc ] [-exec ] [-split ]
            [-[no]sep] [-nzero ] [-dropunder ] [-dropover ]
            [-[no]conect]
具体各个选项含义可以在手册里查到，这里就不再赘述，一般常用功能有这么几个： 
纠正分子在盒子里的跳跃现象（其中 PBC treatment: none, mol（使分子重心位于盒子内，其余含义类似）, res, atom, cluster, whole, nojump；此处有更详细讲解）：gmx trjconv -s md_0_1.tpr -f md_0_1.xtc -o md_0_1_noPBC.xtc -pbc mol
提取所有帧：gmx trjconv -s md.tpr -f md.xtc -o frame.gro -sep 
以及gmx trjcat用来拼接两个轨迹文件（如果你续跑时没有选择将轨迹继续写入先前的轨迹文件的话，这个很有用）： 
gmx trjcat [-f [<.xtc/.trr/...> [...]]] [-o [<.xtc/.trr/...> [...]]]
           [-n [<.ndx>]] [-demux [<.xvg>]] [-nice ] [-tu ]
           [-xvg ] [-b ] [-e ] [-dt ] [-[no]vel]
           [-[no]settime] [-[no]sort] [-[no]keeplast] [-[no]overwrite]
           [-[no]cat]
md.cpt
 
一个暂存文件（check point），可以在模拟结束之后（或者突然终止了）进行续跑。 
gmx mdrun -s md_0_1.tpr -cpi md_0_1.cpt -append md_0_2
md.edr
 
储存了模拟过程中与能量相关的数据（根据 .mdp 文件中nstenergy = 500的间隔进行存储）。转化成 ASCII 之后是这样的： 
energy components:
    0  Bond                     (kJ/mol)
    1  U-B                      (kJ/mol)
    2  Proper Dih.              (kJ/mol)
    3  Improper Dih.            (kJ/mol)
    4  CMAP Dih.                (kJ/mol)
    5  LJ-14                    (kJ/mol)
                   time:   1.00000e+01         step:          5000
                                             nsteps:          5000
                delta_t:   2.00000e-03    sum steps:            50
               Component        Energy    Av. Energy    Sum Energy
                    Bond   5.61662e+03   6.63002e+05   2.82822e+05
                     U-B   1.61728e+04   2.20891e+06   8.07135e+05
             Proper Dih.   1.04111e+04   4.26090e+05   5.16354e+05
           Improper Dih.   8.96692e+02   1.18386e+05   4.67360e+04
               CMAP Dih.  -2.61315e+03   1.07140e+05  -1.26451e+05
                   LJ-14   4.90394e+03   2.50376e+05   2.47294e+05
第一部分告诉你所存储信息的组成（你使用gmx energy时提示你进行选择的序号就是从这部分读取的），随后是按所抽提出来的帧的相应数值，文件中已经写得很清晰了。 
gmx energy是处理 .edr 文件最主要的命令： 
gmx energy [-f [<.edr>]] [-f2 [<.edr>]] [-s [<.tpr/.tpb/...>]] [-o [<.xvg>]]
           [-viol [<.xvg>]] [-pairs [<.xvg>]] [-ora [<.xvg>]] [-ort [<.xvg>]]
           [-oda [<.xvg>]] [-odr [<.xvg>]] [-odt [<.xvg>]] [-oten [<.xvg>]]
           [-corr [<.xvg>]] [-vis [<.xvg>]] [-ravg [<.xvg>]] [-odh [<.xvg>]]
           [-nice ] [-b ] [-e ] [-[no]w] [-xvg ]
           [-[no]fee] [-fetemp ] [-zero ] [-[no]sum] [-[no]dp]
           [-nbmin ] [-nbmax ] [-[no]mutot] [-skip ]
           [-[no]aver] [-nmol ] [-[no]fluct_props] [-[no]driftcorr]
           [-[no]fluc] [-[no]orinst] [-[no]ovec] [-acflen ]
           [-[no]normalize] [-P ] [-fitfn ] [-beginfit ]
           [-endfit ]
具体内容可以参考手册，这里就不再赘述。 
gmx enemat可以用来提取能量矩阵（energy matrix，？我也不太理解），用于同时分析多个索引组的作用关系（还没用过，以后再研究 
gmx eneconv有点类似于gmx trjcat，用来拼接 .edr 文件。
                    有些时候，为了方便运用某一个常用分子的拓扑或者使 topol.top 文件结构更加简洁，可以把它单独写入一个 .itp 文件中。这个文件仅包含一个特定分子的信息，可以被任意引用，这样就避免了每次都需要使用`pdb2gmx`或者重复地复制粘贴。一般力场中都会提供水分子、离子（有些还提供少许脂质分子）的 .itp 文件；此外有些常用小分子（如ATP）的信息会被储存在立场文件夹的 aminoacids.rtp 中，在`pdb2gmx`过程中与大分子一并生成拓扑。.........
ParmEd是一种包装，旨在促进创建和轻松操纵常见的经典力场充分描述的分子系统。 支持的力场包括Amber，CHARMM，AMEOBA以及其他共享相似功能形式的场（例如GROMOS）。
 ParmEd能够读取和写入各种不同的文件格式，例如Amber拓扑和坐标文件，CHARMM PSF，参数，拓扑和坐标文件，Tinker参数，拓扑和坐标文件等。 富有表现力的中央数据结构（ Structure类）使快速，安全地操纵化学系统，其基础拓扑和描述其势能函数的力场参数变得容易。
 ParmEd有两个部分-一个文档化的API，您可以将其合并到自己的Python脚本和程序中，以及一个GUI / CLI对程序，它们提供了一种快速对化学系统进行各种修改以进行快速原型制作的方法。
 该API还提供了与库的绑定，使您可以在高性能硬件（
				最近在研究底物结合的时候，用新手教程提供的方案得到的拓扑惩罚值太高（可能我的那个 ligand 结构太奇怪了😇）,所以（被迫）搜寻了其他几种优化小分子拓扑的方法，下面细细锁一下：
preparatory work
一般来说，为了构建一个适用于GROMACS的拓扑，我们要把 .pdb 转换成好处理的 .mol2 格式（如果你连小分子三维模型都没有的话，可以用 GaussView 搭建一个（不过这就是另外的话题了））。新手教程里处理 .pdb 用的是 Avogadro，但是个人感觉用来转化文件格式、做做小处理有




    

在这里已经制作了能量收敛的水分子层，现在我们需要在合适的位置加上蛋白质盖子。
融合蛋白质层和水分子层
这里用gromacs搭建，原理是将水做为原始蛋白然后插入一层下蛋白，然后再将这个结构插入一层上蛋白，蛋白分子是用packmol搭建的仿真盒子，大小是55立方A°，packmol的单位是A°，而gromacs是纳米，转换的时候一定要注意。
gmx insert-molecules -f water_test_npt_after_center.gro -ip
				/********************************************************************
    创建日期:    2020/10/09
    创建时间:    20:11
    文件名字：   C:\Users\17806\Desktop\pcl教程\3.1\3.1\3.1.cpp
    --------------------------------------
    文件功能：   读取PCD格式的文件
    ----------------
				拓扑关系是 GIS 描述要素的空间位置关系关系，又称位相关系。在实际应用时，有些时候点、线、面各图征间必须保持着某种关系。例如：行政区的范围不能重迭（面的规则）、道路间的线段不能重复（线的拓扑规则）、 公车站牌需要在道路上（点的拓扑规则）。因此拓扑是 GIS 中点、线、面图征一些规则与关系的组合， 有助于让数据更清楚地仿真真实世界的几何关系，同时降低数化或编辑上的错误。
小编下面介绍线数据的拓扑错误并且编辑改正。
创建拓扑
1.首先加载道路网数据进来
2.然后在菜单栏空白处右键添加拓扑工具条,这时候的.
				目的：矢量图画好后，检查是否有伪节点，悬挂节点等，线要素和面要素都可以检查。伪节点，两条线应该相交但是画的没相交；悬挂节点，两条线看似相交了但是没有节点，因此路径不同（类似于高架桥和交叉口，悬挂节点就类似高架桥）
基本步骤：
1、建立拓扑
2、验证拓扑
拓扑的建立可在arcCatalog里完成，也可以在arcMap里右侧目录下完成（本人常称小catalog）。catalog是管理文件的一个软件。
注意！！建立拓扑之前需要将要素导入到数据库里的数据集中。
下面简述这个问题。通常来说在arcgi...
                    sososososo123456: 
                    请问orca在运行过程中出现错误：已经将ncros改为1，maxcore改为了100
INITIAL GUESS: MINIMAL BASIS EHT
--------------------------------
The minimal basis has 131 functions
[file orca_tools/Tool-Linalg/qcrdiag2.cpp, line 2688]: Diagonalization failed with error code: -5 !
ORCA finished by error termination in SCF
Calling Command: D:\MD_software\ORCA\orca4.2.0\Orca\orca_scf opt.gbw b 
[file orca_tools/qcmsg.cpp, line 458]: 
  .... aborting the run
molecule.itp(5.7.2)

ff文件夹中所携带的.itp文件

由`pdb2gmx`产生的一类文件

topol.top(5.7.1)

posres.itp

molecule.gro

由`grompp`&`mdrun`产生的文件(待续

md.log

md.tpr

md.xtc & md.trr

md.cpt

md.edr
