GROMACS拓撲文件的工具

本文把各種可以產生GROMACS拓撲文件的工具進行匯總。值得一提的是，這些程序有很多不能產生原子電荷，或者產生的原子電荷質量較差。 RESP電荷是最適合分子動力學模擬使用的電荷之一，AMBER、GAFF等力場直接將之作為御用的原子電荷。 Multiwfn是計算RESP電荷最簡單、最好、最靈活而且完全免費的工具，見《RESP擬合靜電勢電荷的原理以及在Multiwfn中的計算》（http://sobereva.com/441）。另外，在J. Phys. Chem. B, 121, 3864 (2017)中，OPLS-AA力場被證明很適合結合1.2*CM5電荷使用，用Multiwfn的主功能7的子功能16直接就能計算出CM5電荷，將之手動乘以1.2即是1.2*CM5電荷。

Antechamber：免費的Ambertools包當中提供的，拓撲文件專給amber用。自動分配GAFF力場參數，沒參數的會自動通過半經驗來計算。如果參數不滿意的話也可以用戶到時候自己通過paramfit程序來對力場參數進一步擬合。此程序可以自動計算AM1-BCC、RESP等分子模擬常用的原子電荷。總體來說比較可靠，智能。它的拓撲文件可以通過amb2gmx或acpype程序（http://code.google.com/p/acpype/，目前可以在無需翻牆在這裡下http://svn.code.sf.net/p/ccpn/code/branches/stable/ccpn/python/acpype/）轉換成gromacs格式。推薦用acpype，用法很簡單，要處理xxx.mol2就執行./acpype.py -i xxx.mol2，然後程序會自動調用Antechamber處理xxx.mol2，算完後acpype就會將之轉化為帶有_ GMX後綴的.gro、.itp、.top，直接在Gromacs裡用即可。另外也會輸出_OPLS後綴的基於OPLS力場的文件，但屬於實驗性質不建議用

注：Antechamber雖然可以產生RESP電荷，但是過程頗麻煩，還必須依賴於Gaussian，遠不及用Multiwfn計算RESP電荷。 。

PRODRG2（http://davapc1.bioch.dundee.ac.uk/cgi-bin/prodrg）：歷史非常悠久很有名的生成Gromacs拓撲文件的在線工具。只支持GROMOS87/96力場，生成gromacs和其它一些程序的拓撲文件。原子電荷是根據基團指認的，如果基團識別不對那麼電荷也不可靠。有在線版和離線版。可以選擇自動優化分子結構。

Automated Topology Builder（ATB，http://compbio.biosci.uq.edu.au/atb/）：生成Gromacs拓撲文件的在線工具，比PRODRG更先進更可靠，解決了PRODRG沒法自動確定質子化態和charge group指認不准的問題以保證原子電荷可靠，並且能利用對稱性保證電荷等價，另外沒有prodrg2那樣對於每日提交的數目有限制。可以生成GROMOS96 G53A6、G54A7力場的gromacs或gromos程序的拓撲文件。 ATB雖然不錯，可以作為產生小分子gromacs拓撲文件的首選，但它生成的原子電荷、確定的參數的可靠性也只是一般，不能保證很準確。對於個別分子，ATB給出的拓撲文件甚至明顯不合理，比如模擬起來後嚴重變形。如果要做很嚴謹的模擬研究，還是建議自行計算RESP電荷並且手動檢查力場參數的合理性並適當調節。網站上也有些大量事先搞好的小分子的參數和拓撲文件，其中有的是別人之前提交過的分子，有的是經過專人手工處理過的分子，顯然後者可靠程度更高。

MKTOP（http://www.aribeiro.net.br/mktop/）：支持OPLS-AA和AMBER03力場，強調全原子。電荷必須自己提供。感覺有點山寨。

TPPmktop（http://erg.biophys.msu.ru/tpp/）：在線工具，提供pdb文件，能產生OPLS-AA力場參數的gromacs拓撲文件。速度比較快，但得到的拓撲文件裡有時候會缺參數，或者出現額外的原子類型，需要再手工處理。此服務器有時候有其它任務在跑，此時無法提交任務，只能等過一陣服務器沒任務時再提交。

LigParGen（http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/）：生成GROMACS, NAMD, CHARMM, LAMMPS等程序OPLS-AA力場的拓撲文件的工具。可以通過SMILE字符串、.mol、.pdb文件進行輸入（用pdb格式時老是報錯，我建議用.mol），原子上限200個，可以順帶著讓服務器對分子在OPLS-AA力場下做幾何優化。分配的原子電荷是1.14*CM1A或1.14*CM1A-LBCC，前者是把CM1A電荷數值乘上1.14得到的，後者是在1.14*CM1A基礎上再引入LBCC校正得到的，在J. Phys. Chem. B, 121, 3864 (2017)中已證明這兩種原子電荷結合OPLS-AA模擬有機體系凝​​聚相可以得到不錯結果。此服務器還可以輸出PQR文件。

OBGMX（http://software-lisc.fbk.eu/obgmx/）：生成UFF力場的gromacs拓撲文件的在線工具。由於UFF幾乎涵蓋整個週期表，因此不光有機分子，也可以使得Gromacs能夠處理無機物、週期性體系，比如MOF。由於UFF的力場形式和Gromacs所支持的不完全兼容，此程序給出的參數實際上是對原UFF力場的近似。個別原子類型識別可能有誤。電荷必須自己提供。

SwissParam（http://swissparam.ch）：輸入有機小分子mol2文件，生成用於CHARMM/NAMD和GROMACS模擬的拓撲、參數文件。力場參數基於MMFF，但只保留諧振項部分，因此只是MMFF的近似。原子電荷通過MMFF方法獲得。范德華參數採用CHARMM22中最接近的原子類型。這樣的參數比較粗糙，有優化的餘地。

CGenFF（https://cgenff.paramchem.org/）：先註冊，上傳有機小分子的mol2文件，即可生成基於CGenFF力場的CHARMM的拓撲文件。如果mol2是gview建的，一定要事先把裡面的Ar替換成ar。上傳文件的時候不要選Guess bond orders from connectivity和Include parameters that are already in CGenFF。如果文件處理正常，會立刻產生str文件，點擊其鏈接之後把裡面內容拷到比如Actos.str裡面。進入網頁裡的More Info & Tools - Utilities，點擊GROMACS conversion program，可下載把str文件轉換為GROMACS格式的Python腳本cgenff_charmm2gmx.py。對於CentOS 7.2，應運行yum install numpy和yum install python-networkx把這個腳本所需的包裝上。去http://mackerell.umaryland.edu/charmm_ff.shtml#gromacs裡面下載用於GROMACS的CHARMM36力場文件，解壓得到比如charmm36-nov2016.ff文件夾，將它和Actos.str、cgenff_charmm2gmx.py都放到當前目錄，另外也把此文件夾拷到gromacs的top目錄下。假設Actos.str裡RESI後面的詞是Molecu，最初上傳的是Actos.mol2，則運行./cgenff_charmm2gmx.py Molecu Actos.mol2 Actos.str charmm36-nov2016.ff。在當前目錄會產生molecu.top、molecu.prm、molecu.itp、molecu.pdb（從mol2轉換過來的），適當調整itp和top裡的分子名，調整itp裡的殘基名和結構文件相對應後，即可用於模擬。 str文件裡的力場參數有penalty指標，數值越大說明此參數可靠性越低，詳見網頁裡的說明。


另外說兩個有關的程序

YASARA AutoSMILES Server（http://www.yasara.org/autosmilesserver.htm）是在線版程序，離線的話得買YASARA（建模+可視化+動力學模擬工具）。可以計算AM1-BCC電荷、指認amber94/96/99力場參數。但是產生的文件只能用YASARA View打開，也就是說，拓撲文件相當於YASARA專用的。

RED（RESP ESP charge Derive，http://q4md-forcefieldtools.org/REDServer-Development/）：專門生成RESP電荷的，也能搞力場參數。頁面做得不是一般的噁心，又復雜又鬧又亂，摸不到頭緒，看著就煩，因此筆者也沒怎麼仔細研究。由於Multiwfn已經支持RESP電荷計算了，RED已沒有任何存在意義了。

參考
http://bbs.keinsci.com/thread-428-1-1.html