刘建川・GROMACS 实战班讲义 | 小分子力场文件生成

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大家好，我是刘建川，14 年深耕 GROMACS 分子模拟领域，始终专注分子模拟实战。本周五 GROMACS 线上班会，干货精讲，深入解析核心内容。本文整理四种主流制作方案，分别对应 OPLS、CHARMM、GAFF、GROMOS 多款常用小分子力场生成方式。

一、LigParGen 在线工具（适配 OPLS 力场）

工具访问地址：https://traken.chem.yale.edu/ligpargen/ 该网页工具可快速生成适配 OPLS 力场的小分子拓扑与结构文件，操作步骤如下：

导入分子结构：支持两种输入方式，可直接填写 SMILES 表达式，也可上传 MOL / PDB 格式文件，要求上传的结构必须包含全部氢原子。
参数配置：设置分子优化迭代次数，根据分子属性选择电荷模型，中性分子选用 1.14CM1A-LBCC，中性/带电分子可选用 1.14°CM1A1，同时填写分子总电荷数值。
提交运算：参数确认无误后，点击 Submit Molecule 提交任务，等待网页自动完成参数计算与拓扑生成。
文件下载：任务完成后，页面会展示多格式下载选项，找到 GROMACS 分类，下载对应的 GRO、TOP 文件即可。

补充提示：使用 Safari 浏览器下载时，文件名称会出现异常，下载后需要手动重命名再使用。

二、Charmm-gui 在线平台（适配 CHARMM 力场）

工具访问地址：https://charmm-gui.org/?doc=input Charmm-gui 是 CHARMM 力场配套的全能在线工具，可一站式完成小分子拓扑构建，具体流程：

进入平台主界面，选择配体相关功能模块，准备导入DMSO分子结构。
导入并补全氢原子：可通过加载 PDB ID、配体 ID、SMILES 字符串，或是上传 PDB/MOL/MOL2/SDF 文件导入结构；导入完成后，点击界面 H± 按钮为分子补充氢原子，随后点击 Next Step。
参数校验：连续点击 Next Step，平台会自动调用 CHARMM 流程处理分子，每 5 秒刷新一次运行状态，等待运算完成。
解压使用文件：任务结束后下载压缩包，解压后即可获取适配 GROMACS 的 ITP、TOP 全套拓扑文件。

三、AmberTools + Acpype（适配 GAFF 力场）

该方案基于 Linux 系统运行，需要先通过 Miniconda 部署运行环境，再借助工具转换生成拓扑文件。

3.1 环境安装部署

下载 Linux 版本 Miniconda3 安装包，在终端执行安装命令：

bash Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

安装过程中根据提示选择是否初始化 conda。

创建虚拟环境并批量安装 AmberTools、Acpype 及编译依赖：

conda create --name AmberTools python=3.10
source activate AmberTools
conda install -c conda-forge ambertools=22
conda install -c conda-forge acpype
conda install compilers

3.2 生成拓扑文件

将 DMSO 的 PDB 结构文件放置在 Linux 工作目录，执行以下命令，即可自动生成对应的 ITP 拓扑文件：

acpype -i *.pdb

四、ATB 在线数据库（适配 GROMOS 力场）

工具访问地址：https://atb.uq.edu.au/ ATB 拥有海量分子拓扑数据库，专门适配 GROMOS 力场，支持直接检索现成文件或自主上传生成，操作步骤如下：

进入官网主页，有两种使用方式：在现有分子库中直接检索 DMSO 分子，调取已有拓扑；也可以自主上传分子结构，在线从头生成拓扑文件。
检索目标分子：在检索栏输入分子名称、分子式等关键词，找到 DMSO 对应条目，页面会提供全原子、联合原子两类 PDB 结构与 ITP 拓扑文件，按需下载即可。
下载配套力场文件：ATB 生成的原子类型，和 GROMACS 原生 GROMOS 54A7 力场不匹配，必须在平台单独下载对应的 GROMOS 力场补充文件。
目录部署：将力场文件、拓扑文件、结构文件全部上传至 Linux 工作目录，务必保证 TOP 文件内的引用名称、文件路径和实际存放位置保持一致，防止模拟运行报错。