刘建川・GROMACS 实战 | gmx_MMPBSA 结合自由能计算工具安装与使用教程
一、gmx_MMPBSA 工具简介
gmx_MMPBSA 基于 AmberTools 的 MMPBSA.py 开发，专为 GROMACS 轨迹文件做终态自由能计算，在兼容性、功能多样性、结果分析与并行计算方面均有优化升级，可适配全系列 GROMACS 版本，支持蛋白质、蛋白-配体、蛋白-DNA、金属蛋白、多肽、蛋白聚糖、膜蛋白以及多组分复合体系等多种研究对象。
官方示例与更多使用场景可参考官网：https://valdes-tresanco-ms.github.io/gmx_MMPBSA/dev/examples/
可参考运行版本组合
二、Linux 环境安装方法
工具基于 conda 环境安装，使用前需确保本地已部署 Miniconda/Anaconda。若本地已有可用的 GROMACS 环境，可不在 conda 内重复安装，只需保证 gmx命令在系统 PATH 中即可。AmberTools 安装相关的基础问题也可加入模拟之家 交流。
2.1 yml 配置文件一键安装（推荐，依赖最稳定）
首先新建 env.yml配置文件，写入以下内容：
name: gmxMMPBSA
channels:
-conda-forge
-bioconda
-defaults
dependencies:
-python=3.11.8
-ambertools=23.10
-mpi4py=3.1.6
-compilers
-gromacs=2023.4
-git
-pip
-pip:
-pyqt5==5.15.10
-gmx-mmpbsa==1.5.6
-parmed==4.3.0
-pandas==2.0.3
-seaborn==0.12.2
-scipy==1.11.4
-matplotlib==3.7.5
-h5py==3.10.0
-tqdm
保存文件后，在终端执行以下命令创建虚拟环境：
conda env create -n gmxMMPBSA --file env.yml
安装完成后，激活环境即可使用：
conda activate gmxMMPBSA
2.2 pip 分步安装
创建并激活虚拟环境
conda create -n gmxMMPBSA python=3.11.8 -y
conda activate gmxMMPBSA
安装核心系统依赖与 AmberTools
conda install -c conda-forge mpi4py=3.1.6 ambertools=23.10 compilers git -y
安装 Python 科学计算与图形界面依赖
pip install pyqt5==5.15.10 parmed==4.3.0 pandas==2.0.3 seaborn==0.12.2 scipy==1.11.4 matplotlib==3.7.5 h5py==3.10.0 tqdm
安装 gmx_MMPBSA
pip install gmx-mmpbsa==1.5.6
可选：conda 安装 GROMACS（若本地无可用版本）
conda install -c bioconda gromacs=2023.4 -y
全部组件安装完成后，激活环境即可正常使用：
conda activate gmxMMPBSA
三、实操计算教程（蛋白-配体体系为例）
3.1 编写输入文件
计算前先创建输入文件 mmpbsa.in，示例配置如下：
Sample input file for GB calculation
This input file is meant to show only that gmx_MMPBSA works. Althought,
we tried to used the input files as recommended in the Amber manual,
some parameters have been changed to perform more expensive calculations
in a reasonable amount of time. Feel free to change the parameters
according to what is better for your system.
&general
sys_name="Prot-Lig-ST",
startframe=5,
endframe=14,
forcefields="oldff/leaprc.ff99SB,leaprc.gaff"
/
&gb
igb=5, saltcon=0.150,
/
参数说明：startframe与 endframe为参与计算的轨迹帧范围；forcefields指定使用的力场；igb为GB模型编号；saltcon为体系盐浓度，可根据自身体系调整参数。
3.2 执行结合能计算
提前准备好模拟得到的 tpr 拓扑文件、xtc 轨迹文件，并用 gmx make_ndx创建包含目标组的索引文件。执行以下计算命令：
gmx_MMPBSA -O -i mmpbsa.in -cs com.tpr -ci index.ndx -cg 1 13 -ct com_traj.xtc -o FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat -eo FINAL_RESULTS_MMPBSA.csv
其中 -cg后填写索引文件中受体、配体对应的组编号；-o输出纯文本结果文件，-eo输出 CSV 格式结果文件。
计算完成后，结果文件中会分别列出配体、受体、复合物的各项能量数值，可直接用于结合自由能的分析与整理。更多高级参数的详细说明可查阅官方文档。
按照以上步骤完成环境部署与参数配置后，就可以基于已有的分子动力学模拟轨迹，高效完成各类体系的结合自由能定量计算，为分子间相互作用机制研究提供可靠的数据支撑。
