「小工具教程」添加原子電荷

2021-01-09 殷賦科技

用途

為有機小分子添加原子電荷，並檢查是否存在Amber GAFF力場所沒有的拓撲參數。本工具提供兩種計算電荷的方法——RESP擬合靜電勢和AM1-BCC。

預備知識

原子電荷

原子電荷是用點電荷形式描述化學體系電荷分布的方法，常見電荷模型有：Mulliken、MK、MMFF94、AM1-BCC、Gasteiger、QEq；等等。涉及分子間相互作用的分子模擬計算（比如：分子對接、分子動力學模擬）都要求賦予原子電荷。採用合適的電荷模型對於計算的準確性是極為重要的。關於各類原子電荷計算方法的對比，可閱讀盧天的《原子電荷計算方法的對比》[1]。

擬合靜電勢電荷

在各種原子電荷計算方法中，擬合靜電勢電荷是極為重要的一類方法。其中，最為著名的要數Merz-Kollman (MK)、CHELPG和RESP。前兩種方法非常適合於模擬剛性分子，而後者則是最適合用於柔性小分子的分子模擬。

RESPRESP，全稱Restrained ElectroStatic Potential，是由Kollman等人[2]在1993年提出的計算原子電荷的方法。在Amber分子動力學模擬中，RESP是有機小分子計算電荷的標配方法。它需要配合使用量化計算軟體（如Gaussian、ORCA）獲得靜電勢，然後進行限制性擬合計算得到。

AM1-BCC與之比較接近的電荷是2000-2002年Bayly等人[3-4]提出的AM1-BCC電荷，在Amber中自帶計算程序。它首先在AM1水平下優化結構和計算靜電勢擬合得到電荷，然後進行鍵電荷校正（BCC）。AM1-BCC的計算開銷比RESP要小，準確性不比RESP更好，但適合於處理大批量的分子，或者沒有Gaussian等商業軟體版權的情況下使用。（不過，可以使用學術免費的ORCA程序，請看【量化計算（ORCA 4.2）】教程）。

淨電荷

分子結構中不能抵消的正電荷或負電荷稱為淨電荷（net charge），即各原子正負電荷的代數和。通常情況下，淨電荷總是整數。中性分子的淨電荷為0，帶電分子的淨電荷即為其含有的價電荷，如：乙酸淨電荷為0，去質子化（脫去羧基氫）後為-1，十八烷基胺的淨電荷為0，質子化後為1。

入口

平臺地址：https://cloud.yinfotek.com/

功能入口：左側菜單欄【計算方案】->【小工具】->【分子動力學】->【添加原子電荷】

步驟

1. 上傳分子結構文件

分子結構需為良好的3D結構，無氫原子缺失。可使用【準備化合物】小工具進行處理。

2. 設置淨電荷

該項默認為空，即由程序自動計算淨電荷。但對於特殊結構，可能會計算出錯。必要時，請用戶根據自己的化學知識判斷填寫。

3. 選擇電荷計算方法

RESP該方法需要用戶上傳包含靜電勢的量化計算文件（可使用【量化計算】方案進行計算），並指定該文件的計算程序。

AM1-BCC該方法無需提供額外數據文件，提交後將調用AmberTools 20的sqm半經驗程序即時計算。對於較大的柔性分子，計算時間較長，可能因超出限制（10 min）而失敗。同時，AM1-BCC的精度不如RESP電荷。因此，若非特殊情況，強烈建議使用RESP。

4. 點擊【生成】，等待返回結果

本工具除了計算原子電荷，還檢查該分子是否存在Amber GAFF力場所沒有的參數。該檢查主要用於使用amber力場的分子動力學模擬，若進行其他不需要該文件的分子模擬，請忽略之。

GAFF力場已經發展得相當好，幾乎覆蓋了大多數的有機小分子結構，不太容易出現參數缺失的情況。假若真的出現，請下載ligand.frcmod文件自行填補參數，在提交分子動力學計算時上傳該文件。

5. 查看電荷分布

從分子視圖上可查看生成的原子電荷，尤其注意極性原子及其附近的電荷分布是否合理。

6. 下載分子結構文件。

參考文獻

[1] 盧天, 陳飛武. 原子電荷計算方法的對比[J]. 物理化學學報, 2012, 28(1):1-18. doi: 10.3866/PKU.WHXB2012281

[2] Christopher I. Bayly, Piotr Cieplak, Wendy Cornell, and Peter A. Kollman. A well-behaved electrostatic potential based method using charge restraints for deriving atomic charges: the RESP model. The Journal of Physical Chemistry 1993, 97, 40, 10269-10280. doi: 10.1021/j100142a004

[3] Jakalian, A., Bush, B.L., Jack, D.B. and Bayly, C.I. (2000), Fast, efficient generation of highquality atomic charges. AM1BCC model: I. Method. J. Comput. Chem., 21: 132-146. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(20000130)21:2%3C132::AID-JCC5%3E3.0.CO;2-P

[4] Jakalian, A., Jack, D.B. and Bayly, C.I. (2002), Fast, efficient generation of highquality atomic charges. AM1BCC model: II. Parameterization and validation. J. Comput. Chem., 23: 1623-1641. https://doi.org/10.1002/jcc.1012

相關焦點

  • 「小工具教程」準備Amber文件
    顯式溶劑模型該模型直接將研究體系放在水盒子中，通常還添加抗衡離子以中和體系電荷。這種直接模擬溶質與溶劑之間相互作用的方法，大大提高了模擬的準確性，但大量水分子也會帶來計算量的急劇增加。通常使用一定大小的水盒子把溶質包裹起來，採用周期邊界條件（periodic boundary condition，PBC）來表現無限溶劑環境。
  • KingDraw PC教程丨電荷、自由基和孤對電子的添加
    電荷工具中包括正/負電荷、孤對電子、自由基。右鍵點擊電荷工具，可以進行選擇切換。01電荷的使用選中正/負電荷後，滑鼠點擊在需要添加電荷的元素上，就會給該元素增加一個正/負電荷。添加相反電荷可以進行消減。
  • 還在用「文件傳輸助手」寫備忘?這個近期很火的工具,讓你邊聊微信...
    如果現在有個筆記工具，每天都會給你的微信主動推送一篇很久以前的內容，想不想了解下？懶人目錄真正隨時隨地記錄獨有的高級功能3 個案例帶你探索可能性真正隨時隨地記錄今天我們要介紹的筆記工具就是《flomo》，這個「自創單詞」由 flow + memo 組成，含義為「流動的筆記」。
  • 除了LOGO「太萌」,這款翻譯小工具真沒啥缺點
    但看到群裡一陣好評，好奇心還是驅使著我再次點開了「releases」地址。一下子，突然覺得這個LOGO這麼搶戲，甚至還有點喜感。Bob，macOS平臺一款小巧開源的翻譯工具。好了，玩笑歸玩笑，這款翻譯小工具確實是非常實用、好用，支持劃詞翻譯、截圖翻譯等使用功能，以及多個翻譯引擎。使用之前，確保在輔助功能中授予Bob相應的權限，macOS 10.15以上還需要授予錄屏權限，這與其錄屏翻譯功能掛鈎。
  • 線刷寶下載_線刷寶官方下載「刷機工具」-太平洋下載中心
    客戶端最小化到通知欄，刷機完成彈出提示3. 下載完成和失敗時下載速度等更多信息上報4. 設置菜單增加手動檢查更新5. 刷機失敗界面廣告錯位修正6.3、ROM中心：線刷寶ROM中心，目前提供三種版本的ROM包： 官方原版ROM：100%廠商官方系統，回歸安卓手機最初系統，解決售後難題； 安全優化版ROM：基於官方版，引進安狗狗第三代智慧型手機系統，無其它插件添加，安全穩固，確保手機絕不中毒，超級省電！ ROOT安全版ROM：開機自動獲取ROOT權限，無需進行手動操作。
  • 前沿| 量子計算新進展,MIT聯手哈佛用雷射束實現單個中性原子的囚禁
    相關論文發表在近日的 Science 雜誌上，論文中提到他們發現一種新的方法，使用雷射器或「光鉗」（optical「tweezers」）來將原子一個一個從原子云中挑出來囚禁在某個地方。當原子被「囚禁」時，科學家們會用照相機拍下這些原子及其位置的圖像。然後基於這些原子的圖像，操作雷射光束的角度，來移動單個原子形成任意數量的不同組態（configurations）。
  • photoshop教程|UI教程|熟手小圖標
    第二期UI圖標初期教程熟手小圖標｜photoshop教程｜（以下界面演示以Photoshop CC2018為演示工具），拉出一個正圓，添加圖層樣式——漸變疊加，如圖第三步：選擇矩形工具，做出一個小盾牌形狀 ，添加圖層樣式——漸變疊加，如圖第四步：選擇小盾牌圖層，CTRL+J複製兩個，等比例縮小，並修改圖層樣式，如圖第五步：再次選擇小盾牌圖層，CTRL+J複製一個，等比例縮小，並去掉圖層樣式，設置深色填充
  • 你是「工具人」?
    到底哪種大腦基因皮紋模塊，最具有這種『工具人』特質呢？」 是的，表面上如果能夠遇到一個這麼「百依百順」的另一伴，似乎可以輕鬆解決許多生活上的雜事，但是，要想清楚喔，凡事沒有絕對，優點的背後很可能也是缺點喔。 好，無論如何，今天我們來談談，怎樣的大腦基因皮紋結構，容易成為「任勞任怨」的情人呢？
  • 分子對接教程 | (5) 配體小分子的預處理
    我這裡保存的文件名為：quercetin.pdbqt可能有的同學還會以如下圖的方式添加電荷但是，有時候，我們不手動添加電荷，按照上面的操作，有的小分子也會報錯，怎麼解決For this calculation to work correctly, the molecule must already have hydrogen atoms added, including both polar and non-polar ones, prior to this step【翻譯：如果每個配體原子已經帶有「部分電荷」，這些電荷就會被使用。
  • 「視頻」ENVI基礎操作教學視頻(46集)匯總
    好久不見，最近蠻多同學求ENVI相關的學習資料，小編收集了ENVI-IDL中國官方的視頻教程。
  • photoshop教程|UI教程|戰鼓小圖標
    UI圖標初期教程戰鼓小圖標｜photoshop教程｜（以下界面演示以Photoshop CC2017為演示工具）有興趣的小盆友可以著手練習練習畢竟光看是看不會的你說捏第一步：新建文件，給背景填充你喜歡的顏色，如圖第二步：塑造鼓身，選擇圓角矩形工具
  • Graphpad 作圖教程 | 手把手教你繪製「森林圖」
    選擇「Column」， 我們繼續使用 sample data 來進行演示，選擇「Start with a sample data to follow a tutorial」。如下圖選擇「Special uses of column tables」裡的「Metanalysis (forest plot)」子選項，後點擊 「creat」。
  • 「3DEXPERIENCE教程」使用xGenerative Design模塊製作參數化LOGO
    本文為達索系統中國官方所發布的圖文教程。採用參數化的方法，還可以通過修改參數生成動態logo，如下圖所示。點擊「Design Sequence」或者「Specification」右邊的小鉛筆，打開線框圖界面。p.s. Windows 系統下可以按「Win + 上/下/左/右箭頭」快速布局多個窗口。2.
  • photoshop教程|UI教程|卡通頭像小圖標
    UI圖標初期教程卡通頭像小圖標｜photoshop教程｜（以下界面演示以Photoshop CC2017為演示工具），畫一個圓角矩形形狀，命名為【背景】，填充黑色，把圓角的數值調到最大值(如圖)第三步：選擇工具欄中的橢圓形工具，畫幾個圓形狀，命名為【頭髮】，填充黑色(如圖)第四步：選擇工具欄中的圓角矩形工具，畫1個圓角矩形形狀，命名為【臉】，填充顏色(如圖
  • 如何用「邊寫邊搜」寫論文?
    小遠同學：使用「在線精讀」，無需下載或安裝其他 PDF 閱讀器或工具，文獻全文在線閱讀，一鍵框選提取摘錄，輕鬆添加筆記和評論。所有摘錄和筆記獨立存儲，即使不打開文獻原文，通過關鍵詞和標籤搜索就能找到相關筆記，一鍵引用到正在編寫的資料中。
  • 「熱大爆炸宇宙學模型」的創立者最早提出「遺傳密碼模型」
    然而，在宇宙的角度來看，地球的元素豐度並不是典型的，如果把尺度放得大一些，利用光譜學研究星光，「氫」才是宇宙中最豐富的元素，其次是「氦」，它們兩者佔宇宙中所有原子的99%以上，接下來才是氧和碳。
  • 「物理科普」保持其化學性質的最小粒子——原子詳介
    原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。
  • 「最美應用」拼圖醬:通過布局、磁貼、濾鏡等元素重新組合照片...
    現在有很多拍照修圖類 APP 就早已解決了這個問題，我們大家熟知的「美圖秀秀」「VSCO」「Snapseed」「PICZOO」「moldiv」「美顏相機」「黃油相機」「輕顏相機」等等~小美最喜歡用的還是 Snapseed，超好用的。
  • 「乾貨」原子結構(Atomic Structur)相關知識
    原子序數 （Atomic numbers）2原子的原子序數表示原子核中的質子數（帶正電的粒子），在中性原子中，原子序數也等於電荷雲中的電子數。所有元素都是根據周期表中的電子構型分類的。主量子數n子量子數l磁量子數ml電子自旋量子數ms原子尺寸（Atomic size）5原子尺寸由原子半徑決定，影響原子半徑的因素有三個：一是核電荷數，核電荷數越多原子核對核外電子的引力越大（使電子向原核收縮），則原子半徑越小；當電子層數相同時，其原子半徑隨核電荷數的增加而減小
  • 「競品分析」的理念、流程、方法、工具
    本文將對競品分析的「道、法、術、器」（即競品分析的理念、流程、方法、工具）做系統性介紹，可以為你解答以下關鍵問題：競品分析與市場分析有什麼區別？為什麼要做競品分析？市場分析、競品分析、產品分析、產品體驗分析在「分析目的」、「產品數量」、「分析維度」三個方面都是有所區別的，是一個從宏觀到微觀的過程。1、市場分析以尋找市場機會，幫助產品定位為目標，較宏觀，對具體的產品沒有深入分析，產品數量較多。