刘建川・GROMACS 实战 | 统计键角与二面角分布

一、统计键角分布

统计键角前，需要先手动创建索引文件，记录目标键角对应的原子编号。参与计算的三个原子不强制存在化学键连接，任意三个原子均可计算夹角。

1.1 编写索引文件

新建名为 ang.ndx的索引文件，[ ang ]为自定义组名，组内按顺序填写三个原子的全局 ID，中间位置为键角的中心原子，示例如下：

[ ang ]
4 2 5

上述配置表示统计以 2 号原子为顶点，4 号、5 号原子共同构成的键角。

若需要同时统计多组键角，直接在组内逐行添加原子编号即可：

[ ang ]
4 2 5
8 7 9
1 3 6

注意：若索引中写入多组键角，最终输出的是所有键角的合并分布概率。

1.2 执行统计命令

准备好模拟轨迹文件与索引文件后，执行以下命令：

gmx angle -f md.xtc -n ang.ndx -od angdist.xvg -ov angaver.xvg

输出文件说明：

• angdist.xvg：记录目标键角的分布概率数据
• angaver.xvg：记录目标键角的平均值随模拟时间的变化曲线

二、统计二面角分布

二面角分布的统计逻辑与键角类似，仅需在索引中填写四个原子编号，并在命令中指定计算类型为二面角。

2.1 编写索引文件

新建 dih.ndx索引文件，组内按顺序写入四个原子的全局 ID，中间两个原子为二面角的公共边：

[ dih ]
4 2 3 5

上述示例中，4、2、3 号原子构成一个平面，2、3、5 号原子构成另一个平面，统计两个平面之间的二面角。

若需同时统计多组二面角，逐行添加对应原子编号即可：

[ dih ]
4 2 3 5
6 7 9 11
23 34 12 8

与键角规则一致，多组二面角同时统计时，输出结果为所有二面角的合并分布概率。

2.2 执行统计命令

命令中需添加 -type dihedral参数，指定计算类型为二面角：

gmx angle -f md.xtc -n dih.ndx -type dihedral -od angdist.xvg -ov angaver.xvg

输出文件说明：

• angdist.xvg：记录目标二面角的分布概率数据
• angaver.xvg：记录目标二面角的平均值随模拟时间的变化曲线

借助这套方法，就可以快速统计分子内关键结构参数的分布特征，为分析分子构象偏好、验证结构稳定性、探究作用机制提供量化的数据支撑。