4.11. 粗粒化模拟#

4.11.1. Martini 力场#

Martini 是一种粗粒度（CG）力场，适用于（生物）分子系统的分子动力学模拟。
Martini-3包含7中化学粒子类型：极性(polar, P)、中性/非极性(intermediate/nonpolar, N)、非极性(apolar, C)、卤代物(halo-compounds, X)、一价离子(monovalent ions, Q)、二价离子(divalent ions, D)以及水(water, W)。
所有这些类型的粒子都有三种不同的大小：普通粒子(regular, R-粒子，默认)、小粒子(small, S-粒子，用前缀S表示)以及微小粒子(T-粒子，用前缀T表示)。
其中X、D和W是全新的类型，之前的版本中没有。除了W和D粒子，其他所有的粒子都有通过数字区分的子类型，用以表示相对的极性程度（从1到6，极性从低到高）。这些子类型可以更加精确地描述其所代表的全原子结构的化学本质。与之前的版本相比，N和Q粒子都进行了最大程度地扩增，从而覆盖更多的化学组分。从油-水分离的角度来看，N-粒子涉及到的化合物最多1，那么对于开发精确的模型来说也就有更多的选项使用。
martini 珠子和原子团并非必须一一对应
从AA结构到AA结构的映射是基于全原子的几何中心（COG）的映射, 这是在Martini 3 中获得成键参数的标准程序
对于非键相互作用（Equation 1），默认的截断半径为1.1 nm
官网：Martini Force Field Initiative (cgmartini.nl)
GitHub: marrink-lab/martini-forcefields: Collection of interaction and molecule parameters for the Martini3 force-field
MArtini Database
MARTINI 3 是最新改进版本, 优化了参数, 覆盖范围更广, 更加精确和快速. 建议直接选择最新的 MARTINI 3.
在官网可以下载到一些常见分子的粗粒化模型及其拓扑文件.

4.11.2. 水分子模型#

在martini_v300文件夹中solvent.itp包含了常见的溶剂分子, 其中一个 W 珠子代表四个水分子.

极化水 PW 则使用三个珠子表示一个水分子.

4.11.3. 可视化#

由于珠子之间的键连关系不是真正的化学键, 因此不能用普通的分子可视化程序直接显示.

官方提供了cg_bonds.tcl 脚本用于构建粗粒化（CG）分子结构中连接关系（即键）.

cg_bond.tcl使用教程

http://bbs.keinsci.com/thread-41127-1-1.html

4.11.4. 拓展阅读#

4.11.5. VerMoUTH 和 martinize2#

VerMoUTH和martinize2是从原子坐标开始为分子动力学（MD）模拟建立起始结构的工具，特别关注聚合物系统（包括蛋白质和DNA）。VerMoUTH是一个可以编程使用的Python库。Martinize2是一个建立在上面的命令行工具。
- 主要用于从原子结构生成粗粒度结构和拓扑，是为 [Martini3] 力场生成拓扑的首选方法。
- VerMoUTH 是一个可以通过编程方式使用的 python 库，是为Martinize2提供支持的python库，它允许使用graph algorithm描述并应用分子结构和拓扑的转换；而Martinize2 是在此基础上构建的命令行工具，主要是为 Martini 粗粒度力场和 Gromacs 仿真引擎开发的。

martinize2 -f lysozyme.pdb -x cg_protein.pdb -o topol.top -ff martini3001 -dssp -elastic
# 该脚本会生成三个文件：一个粗粒度结构（.pdb、主拓扑文件（.top）和蛋白质拓扑文件（.itp）；想要运行模拟，还需要两个文件：Martini 拓扑文件 （例如martini_v3.0.0.itp） 和运行参数文件 （.mdp）；接下来的程序与全原子模拟相同。
-from charmm
-ff-dir
-map-dir

4.11.5.1. vermouth的文件#

在安装目录的 vermouth/data 文件夹下，存放这用于转换的数据文件：力场文件和映射文件
- /force_fields 力场文件夹，包括全原子力场和粗粒化力场
  - 输入力场，原始结构的力场，描述输入 PDB 文件中的结构和原子名称的力场。默认情况下，使用 charmm 命名方案。由于输入力场仅用于修复输入结构，only the atom names and edges are relevant。支持amber、charmm、gromos等
  - 输出力场，粗粒化结构的力场，及残基之间连接关系
- /mappings 映射文件夹，残基的原子结构和珠子（原子团）的对应
映射（从原子到粗粒度表示） Parametrizing a new molecule – Martini Force Field Initiative (cgmartini.nl)
文档：General Overview — VerMoUTH 0.10.1.dev104 documentation (vermouth-martinize.readthedocs.io)
GitHub：GitHub - marrink-lab/vermouth-martinize: Describe and apply transformation on molecular structures and topologies

4.11.5.2. 参数化新分子-自定义基团#

Adding new residues and links — VerMoUTH 0.10.1.dev104 documentation (vermouth-martinize.readthedocs.io)

martinize2 -ff-dir force_fields -map-dir mappings -f CMCpbc.pdb -x cg.pdb -o topol.top -from glycam -maxwarn 1

4.11.6. 分辨率转换#

todo.

粗粒化模拟

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