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Aiwt

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专业: 理论和计算化学

[交流] Cellulose-Builder_tookit 分子建模（分子模拟）

一、简介
cellulose-builder 是一个 bash 脚本，可以在任何类 unix 平台上运行，由坎皮纳斯州立大学(unicamp)斯卡夫化学研究所开发。该程序可以构建不同尺寸和几何形状的纤维素晶体结构，为指定纤维素结构的所有原子生成笛卡尔坐标，适合用作分子动力学模拟和其他计算中的起始结构。
从他们发布的网站下载需要魔法，这里提供脚本资源作为参考和学习，百度网盘链接: https://pan.baidu.com/s/1l6uzswmhfk2rgb41h9g_ew?pwd=ydem
二、软件依赖
该程序的运行依赖于三个程序包：
1. octave
2. vmd
3. psfgen
下面以debian系统为例，展示cellulose-builder的配置及使用。（如果你是ubuntu，那么同样适用，如果你是red hat系，替换一些必要命令即可）
首先移动到工作目录，下面的所有软件都安装在工作目录中，这里我的工作目录为账户主目录（/home/youraccount）

CODE:

cd ~

2.1 octave 是一种编程语言，用于工程、科学计算，在这里用于建模过程中的数值计算。在debian系统中可以使用以下命令安装：

CODE:

sudo apt-get install octave

2.2 vmd 是一款专门用于可视化分子模拟的软件工具，在官网注册登录即可免费下载。选择linux平台最新版本【version 1.9.4 latest alpha (2022-04-27) platforms:linux_64 (rhel 7+) opengl, cuda, optix rtx, ospray (linux (rhel 7+) 64-bit intel/amd x86_64 sse/avx+ with cuda 10, optix6.5 rtx, ospray)】下载即可。将安装包“vmd-1.9.4a57.bin.linuxamd64-cuda102-optix650-ospray185.opengl.tar.gz”移动到工作目录解压即可：

CODE:

tar -xzvf vmd-1.9.4a57.bin.linuxamd64-cuda102-optix650-ospray185.opengl.tar.gz

cd vmd-1.9.4a57

./configure

cd src

make install

2.3 psfgen 是一种在分子模拟和建模中广泛使用的工具，特别是在处理蛋白质和其他生物大分子的结构文件时。它主要用于生成和修改分子动力学模拟所需的文件，特别是psf（protein structure files，蛋白质结构文件）和pdb（protein data bank，蛋白质数据库文件）文件。由于nvmd中包含了该程序，因此安装nvmd即可。选择linux平台cuda版本【version 3.0 (2024-06-14) platforms:linux-x86_64-multicore-cuda (nvidia cuda acceleration)】，请使用cuda版本的namd中的psfgen，否则运行时可能无法生成.psf和.pdb文件。将安装包“namd_3.0_linux-x86_64-multicore-cuda.tar.gz”移动到工作目录解压即可：

CODE:

tar -xzvf namd_3.0_linux-x86_64-multicore-cuda.tar.gz

2.4 将本帖提供的“cellulose-builder_july_2013.zip”复制到工作目录，同样解压缩即可：
unzip cellulose-builder_july_2013.zip
2.5 最后，还需要将所有依赖软件的可执行文件放在path中，以便程序调用。主要是将psfgen添加到path变量中：

CODE:

编辑文件.profile文件

vim ~/.profile

在文件最后添加文本

export path=“$path:/home/zz/namd_3.0_linux-x86_64-multicore-cuda/”

刷新shell环境

source ~/.profile

检查是否可以运行

cd cellulose-builder_july_2013

./cellulose-builder.sh

对于vmd和nvmd的下载注意：
1. 如果你的linux安装了可是化桌面，直接使用浏览器下载安装包即可。
2. 如果你使用的是windows平台的wsl，使用windows的浏览器下载即可。
3. 如果你是纯命令行的linux，首先在另一台可登录网页的设备上注册登录下载，然后在下载界面右键复制获取下载链接url，再使用wget命令即可在命令行中下载：

CODE:

wget url

三、cellulose-builder命令
cellulose-builder 接受以下三种指令输入：

CODE:

./cellulose-builder [integer] [integer] [integer]

./cellulose-builder fibril [integer]

./cellulose-builder origin|center|monolayer [integer] [integer]

3.1 第一组生成平行六面体纤维素晶体：用户必须提供三个整数，分别代表每个晶轴上的晶胞复制重复的数量（及链的层数、每层链数、每条链的纤维二糖数）。前两个整数必须大于1，而最后一个整数必须大于0。例如下面的指令将会生成一个(2*2-1)=3层纤维素平面，每个纤维素平面由4（或3）条纤维素单链构成，每个纤维素单链包含3个纤维二糖的平行六面体晶体：

CODE:

./cellulose-builder.sh 2 4 3

3.2 第二组形成36链纤维素原纤维：必须提供字符串fibril作为第一个参数，同时提供一个大于0的整数作为第二个参数，代表每个纤维素链中纤维二糖的数量。
3.3 第三组生成单层的纤维素平面：必须输入origin或center或monolayer作为第一个参数，然后输入两个大于1的整数，分别代表单层中包含的纤维素链的数量和每条链中纤维二糖的数量。其中origin的纤维二糖为i-beta构象，center为ii-beta构象，monolayer为i-alpha构象。
3.4 输出：成功运行命令会得到一个名为crystal的文件夹，里面包含：crystal.pdb, crystal.psf, crystal.xyz, psfgen.sh, psfgen.log；其中.pdb, .psf, .xyz是相应的结构文件，另外两个是程序运行过程中生成的。
3.5 其它自定义：cellulose-builder还支持构建多种类型的结晶纤维素，可以通过编辑输入文件input.inp来控制。input.inp内容如下：

CODE:

phase=i-beta   # accepted values are: i-alpha , i-beta , ii , iii_i .

pbc=none       # accepted values are: none (default), a , b , all .

pcb_c=true    # accepted values are: false , true .

1. phase 为可选的纤维素构象。
2. pbc 控制平移对称性：即是否沿晶体学方向a、b构建具有平移对称性的微晶，使其暴露不同的晶面。
3. pcb_c为纤维素链周期性共价键设置：pcb_c=true 表示启用周期性，此选项将阻止在链末端添加 h 和 oh 原子，使纤维素链末端能够与相邻的周期图像形成糖苷键。pcb_c=false 表示纤维素链不会周期性地与相邻图像共价键合，每条纤维素链都带有一个额外的水分子（一个 h 原子在一个末端，一个 oh 基团在另一个末端）。

更多的使用展示、配置、及文件含义可以从他们的论文中获得，doi:10.1002/jcc.22959
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jcc.22959

写于2024年7月

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