准备工作

创建一个新目录：

mkdir /workspace/test_run
cd /workspace/test_run

第一步：获取结构文件 (PDB)

官方示例使用 1AKI (溶菌酶)。

wget https://files.rcsb.org/download/1AKI.pdb

第二步：生成拓扑 (pdb2gmx)

这一步将 PDB 转换为 GROMACS 能识别的拓扑文件 (topol.top) 和坐标文件。

• 输入 15 选择 OPLS-AA/L 力场。
• -water spce 选择 SPCE 水模型。

gmx_mpi pdb2gmx -f 1AKI.pdb -o 1AKI_processed.gro -water spce <<EOF
15
EOF

第三步：定义模拟盒子 (editconf)

定义一个盒子，让蛋白质居中，并且边缘距离蛋白质至少 1.0 nm。

gmx_mpi editconf -f 1AKI_processed.gro -o 1AKI_newbox.gro -c -d 1.0 -bt cubic

第四步：填充溶剂 (solvate)

向盒子中加入水分子。

gmx_mpi solvate -cp 1AKI_newbox.gro -cs spc216.gro -o 1AKI_solv.gro -p topol.top

第五步：添加离子 (genion)

此时系统带电，必须加入离子使其电中性。 我们需要先创建一个简单的 .mdp 文件来生成离子的运行文件。

1. 创建 ions.mdp:

   cat > ions.mdp <<EOF
   ; 离子添加参数
   integrator  = steep
   emtol       = 1000.0
   emstep      = 0.01
   nsteps      = 50000
   nstlist     = 1
   cutoff-scheme = Verlet
   ns_type     = grid
   coulombtype = cutoff
   rcoulomb    = 1.0
   rvdw        = 1.0
   pbc         = xyz
   EOF
   

2. 生成 TPR 文件:

   gmx_mpi grompp -f ions.mdp -c 1AKI_solv.gro -p topol.top -o ions.tpr -maxwarn 2
   

3. 替换水分子为离子:

   • 输入 13 (SOL) 表示将水分子替换为离子。
   • -neutral 选项会自动计算需要多少正/负离子来平衡电荷。

   gmx_mpi genion -s ions.tpr -o 1AKI_solv_ions.gro -p topol.top -pname NA -nname CL -neutral <<EOF
   13
   EOF
   

第六步：能量最小化 (Minimization)

在正式跑模拟之前，必须消除不合理的原子重叠。

1. 创建 minim.mdp (复用 ions.mdp 即可，内容基本一样，或者重新写一个标准的):

   cat > minim.mdp <<EOF
   integrator  = steep
   emtol       = 1000.0
   emstep      = 0.01
   nsteps      = 50000
   nstlist     = 1
   cutoff-scheme = Verlet
   rlist       = 1.0
   coulombtype = PME
   rcoulomb    = 1.0
   rvdw        = 1.0
   pbc         = xyz
   EOF
   

2. 预处理:

   gmx_mpi grompp -f minim.mdp -c 1AKI_solv_ions.gro -p topol.top -o em.tpr
   

3. 运行最小化: 这一步很快，主要是为了让系统稳定。

   gmx_mpi mdrun -v -deffnm em
   

第七步：正式运行 (Minimal MD)

官方流程通常还要经过 NVT/NPT 平衡，但作为最小示例，我们可以直接跑一个简短的动力学模拟。

1. 创建 md.mdp:

   cat > md.mdp <<EOF
   integrator              = md
   dt                      = 0.002
   nsteps                  = 50000    ; 100 ps
   nstxout                 = 5000
   nstvout                 = 5000
   nstfout                 = 5000
   nstenergy               = 5000
   nstlog                  = 5000
   
   cutoff-scheme           = Verlet
   nstlist                 = 20
   rlist                   = 1.0
   coulombtype             = PME
   rcoulomb                = 1.0
   rvdw                    = 1.0
   
   tcoupl                  = V-rescale
   tc-grps                 = Protein Non-Protein
   tau_t                   = 0.1     0.1
   ref_t                   = 300     300
   
   pbc                     = xyz
   dispcorr                = EnerPres
   EOF
   

2. 预处理:

   gmx_mpi grompp -f md.mdp -c em.gro -p topol.top -o md.tpr -maxwarn 2
   

3. 在 4090 上全速运行:

   gmx_mpi mdrun -deffnm md -nb gpu -pme gpu -update gpu -bonded gpu
   

总结

这就是 GROMACS 官方文档中标准的从 PDB 到 MD 的全流程。