packmolのインストール
- packmolのgithubリポジトリからソースコードをダウンロード
- Usageを見ながらコンパイル
- 使用できるか確認
$packmol
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PACKMOL - Packing optimization for the automated generation of
starting configurations for molecular dynamics simulations.
Version 20.010
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Packmol must be run with: packmol < inputfile.inp
Userguide at: http://m3g.iqm.unicamp.br/packmol
Reading input file... (Control-C aborts)
moltemplateのインストール
- moltemplateをgithubからダウンロード
- 以下のサイトを参考にbashファイルを書き換えてmoltemplateのPATHを通す
- 使用できるか確認
$moltemplate.sh
moltemplate.sh v2.20.20 2023-4-20
lttree_check.py v0.81.2 2021-5-24
########################################################
## WARNING: atom_style unspecified ##
## --> "Data Atoms" column data has an unknown format ##
## Assuming atom_style = "full" ##
########################################################
Error: This program requires at least one argument
the name of a file containing ttree template commands
packmolで混合液系の系を作成
- ディレクトリを作成
以降、ファイルはこの場所に保存する。
$mkdir test
$cd test
- 水のPDBファイルを次のようにする。
#water.pdb
ATOM 1 O UNK 1 5.901 7.384 1.103
ATOM 2 H1 UNK 1 6.047 8.238 0.581
ATOM 3 H2 UNK 1 6.188 7.533 2.057
- ligpargenで有機分子のPDBファイルを作成する。
今回はグリセロールを作成した。
#glycerol.pdb
REMARK LIGPARGEN GENERATED PDB FILE
ATOM 1 C00 UNK 1 1.000 1.000 0.000
ATOM 2 O01 UNK 1 -0.427 1.000 0.000
ATOM 3 C02 UNK 1 1.530 1.000 -1.432
ATOM 4 O03 UNK 1 0.924 -0.109 -2.117
ATOM 5 C04 UNK 1 1.202 2.299 -2.175
ATOM 6 O05 UNK 1 1.733 2.220 -3.505
ATOM 7 H06 UNK 1 1.324 0.098 0.528
ATOM 8 H07 UNK 1 1.350 1.876 0.558
ATOM 9 H08 UNK 1 -0.673 0.205 -0.531
ATOM 10 H09 UNK 1 2.610 0.835 -1.432
ATOM 11 H0A UNK 1 0.684 0.212 -3.011
ATOM 12 H0B UNK 1 1.641 3.174 -1.678
ATOM 13 H0C UNK 1 0.127 2.441 -2.262
ATOM 14 H0D UNK 1 2.702 2.118 -3.439
TER
CONECT 1 2
CONECT 1 3
CONECT 3 4
CONECT 3 5
CONECT 5 6
CONECT 1 7
CONECT 1 8
CONECT 2 9
CONECT 3 10
CONECT 4 11
CONECT 5 12
CONECT 5 13
CONECT 6 14
END
- packmolのスクリプトファイルを作成する
#water_glycerol.inp
tolerance 2.0 #隣り合う分子の最小距離
filetype pdb #インプットファイルの形式
output out.pdb #出力ファイル名
structure glycerol.pdb #混合液成分①のファイル名
number 500 #用意する分子数
inside box 0 0 0 50 50 50 #分子を配置する枠を定義
end structure
structure water.pdb #混合液成分②のファイル名
number 5000 #
inside box 0 0 0 50 50 50 #
end structure
- スクリプトを実行
$packmol < water_glycerol.inp
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PACKMOL - Packing optimization for the automated generation of
starting configurations for molecular dynamics simulations.
Version 20.010
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Packmol must be run with: packmol < inputfile.inp
Userguide at: http://m3g.iqm.unicamp.br/packmol
Reading input file... (Control-C aborts)
Seed for random number generator: 1234567
Output file: out.pdb
Reading coordinate file: glycerol.pdb
Reading coordinate file: water.pdb
Number of independent structures: 2
The structures are:
Structure 1 :glycerol.pdb( 14 atoms)
Structure 2 :water.pdb( 3 atoms)
Maximum number of GENCAN loops for all molecule packing: 400
Total number of restrictions: 2
Distance tolerance: 2.0000000000000000
Warning: Type of residue numbering not set for structure 1
Residue numbering set for structure 1 : 0
Swap chains of molecules of structure 1 : F
Warning: Type of residue numbering not set for structure 2
Residue numbering set for structure 2 : 0
Swap chains of molecules of structure 2 : F
Number of molecules of type 1 : 500
Number of molecules of type 2 : 5000
Total number of atoms: 22000
Total number of molecules: 5500
Number of fixed molecules: 0
Number of free molecules: 5500
Number of variables: 33000
Total number of fixed atoms: 0
Maximum internal distance of type 1 : 4.8483665290487270
Maximum internal distance of type 2 : 1.6417923132966601
All atoms must be within these coordinates:
x: [ -997.94225253270474 , 1002.0577474672953 ]
y: [ -997.47854533676423 , 1002.5214546632358 ]
z: [ -996.79999999999995 , 1003.2000000000000 ]
If the system is larger than this, increase the sidemax parameter.
################################################################################
~~~
~~~
~~~
Starting GENCAN loop: 22
Scaling radii by: 1.0000000000000000
Packing:|0 100%|
|******************************************************************|
|*********************
Function value from last GENCAN loop: f = .19953E-01
Best function value before: f = .60780E-01
Improvement from best function value: 67.17 %
Improvement from last loop: 67.17 %
Maximum violation of target distance: 0.008874
Maximum violation of the constraints: .47777E-02
################################################################################
Success!
Final objective function value: .19953E-01
Maximum violation of target distance: 0.008874
Maximum violation of the constraints: .47777E-02
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Please cite this work if Packmol was useful:
L. Martinez, R. Andrade, E. G. Birgin, J. M. Martinez,
PACKMOL: A package for building initial configurations for
molecular dynamics simulations.
Journal of Computational Chemistry, 30:2157-2164,2009.
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Solution written to file: out.pdb
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Running time: 84.0848160 seconds.
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moltemplateによってスクリプトファイルを作成
OPLS力場における各原子のタイプを確認
water.pdbおよびglycerol.pdbで定義した分子についてmoltemplate/moltemplate/force_fields/oplsaa.lt
を確認しながら、各原子のタイプを確認していく。
#oplsaa.lt
~~~
~~~
set type @atom:70 charge 0.0 # "TIP4F Water O"
set type @atom:71 charge 0.511 # "TIP4F Water H"
set type @atom:72 charge -1.022 # "TIP4F Water M"
set type @atom:73 charge 0.0 # "TIP5P Water O"
set type @atom:74 charge 0.241 # "TIP5P Water H"
set type @atom:75 charge -0.241 # "TIP5P Water LP"
set type @atom:76 charge -0.82 # "SPC Water O"
set type @atom:77 charge 0.41 # "SPC Water H"
set type @atom:78 charge -1.02 # "Ammonia NH3"
set type @atom:79 charge 0.34 # "Ammonia NH3"
set type @atom:80 charge -0.18 # "Alkane CH3-"
set type @atom:81 charge -0.12 # "Alkane -CH2-"
set type @atom:82 charge -0.06 # "Alkane >CH-"
set type @atom:83 charge -0.24 # "Methane CH4"
set type @atom:84 charge 0.0 # "Alkane >C<"
set type @atom:85 charge 0.06 # "Alkane H-C"
set type @atom:86 charge 0.0 # "Alkene R2-C="
set type @atom:87 charge -0.115 # "Alkene RH-C="
set type @atom:88 charge -0.23 # "Alkene H2-C="
set type @atom:89 charge 0.115 # "Alkene H-C="
set type @atom:90 charge -0.115 # "Aromatic C"
set type @atom:91 charge 0.115 # "Aromatic H-C"
set type @atom:92 charge 0.0 # "Naphthalene Fusion C"
set type @atom:93 charge -0.065 # "Ethyl Benzene CH3-"
set type @atom:94 charge -0.005 # "Ethyl Benzene -CH2-"
set type @atom:95 charge -0.115 # "Diene =CH-CH="
set type @atom:96 charge -0.683 # "Alcohol -OH"
set type @atom:97 charge 0.418 # "Alcohol -OH"
set type @atom:98 charge 0.04 # "Methanol CH3-"
set type @atom:99 charge 0.145 # "Alcohol CH3OH & RCH2OH"
set type @atom:100 charge 0.205 # "Alcohol R2CHOH"
~~~
~~~
-
water.pdbで定義した原子IDはO, H1,H2 の３つであり、SPC力場パラメータを割り当てたいので、Oには@atom:76、H1,H2は@atom:77を使用する。
-
glycerol.pdbで定義した分子については以下の画像のように割り当てる
原子がどのような結合の一部かで原子のタイプを選択する
moltemplateの形式で各分子を定義する
基本のltファイル形式
# Use the OPLS-AA force field for all species.
import /home/username/moltemplate/moltemplate/force_fields/oplsaa.lt
#MOLECULE1はnoltemplateを使う上での分子の名前を表す
MOLECULE1 inherits OPLSAA {
#pdbファイル内で定義された原子を全て再定義する。
write("Data Atoms"){
#$atom:ID $mol:ID @atom:atomtype charge xcood ycood zcood
$atom:C00 $mol:GLY @atom:99 0 1 1 0
~~~
~~~
~~~
}
write("Data Bond List") {
#pdbファイル内で定義されたCONNET部分から結合を定義する。
#$bond:ID $atom:ID $atom:ID
$bond:CO01 $atom:C00 $atom:O01
~~~
~~~
~~~
}
}
水のltファイル（water.lt）
# Use the OPLS-AA force field for all species.
import /home/username/moltemplate/moltemplate/force_fields/oplsaa.lt
Water inherits OPLSAA {
write("Data Atoms"){
$atom:O $mol:Water @atom:76 0. 5.901 7.384 1.103
$atom:H1 $mol:Water @atom:77 0. 6.047 8.238 0.581
$atom:H2 $mol:Water @atom:77 0. 6.188 7.533 2.057
}
write("Data Bond List"){
$bond:OH1 $atom:O $atom:H1
$bond:OH2 $atom:O $atom:H2
}
}
グリセロールのltファイル(glycerol.lt)
# Use the OPLS-AA force field for all species.
import /home/username/moltemplate/moltemplate/force_fields/oplsaa.lt
Glycerol inherits OPLSAA {
write("Data Atoms"){
$atom:C00 $mol:GLY @atom:99 0 1 1 0
$atom:O01 $mol:GLY @atom:96 0 -0.427 1 0
$atom:C02 $mol:GLY @atom:100 0 1.53 1 -1.432
$atom:O03 $mol:GLY @atom:96 0 0.924 -0.109 -2.117
$atom:C04 $mol:GLY @atom:99 0 1.202 2.299 -2.175
$atom:O05 $mol:GLY @atom:96 0 1.733 2.22 -3.505
$atom:H06 $mol:GLY @atom:85 0 1.324 0.098 0.528
$atom:H07 $mol:GLY @atom:85 0 1.35 1.876 0.558
$atom:H08 $mol:GLY @atom:97 0 -0.673 0.205 -0.531
$atom:H09 $mol:GLY @atom:85 0 2.61 0.835 -1.432
$atom:H0A $mol:GLY @atom:97 0 0.684 0.212 -3.011
$atom:H0B $mol:GLY @atom:85 0 1.641 3.174 -1.678
$atom:H0C $mol:GLY @atom:85 0 0.127 2.441 -2.262
$atom:H0D $mol:GLY @atom:97 0 2.702 2.118 -3.439
}
write("Data Bond List") {
$bond:CO01 $atom:C00 $atom:O01
$bond:CC02 $atom:C00 $atom:C02
$bond:CO03 $atom:C02 $atom:O03
$bond:CC04 $atom:C02 $atom:C04
$bond:CO05 $atom:C04 $atom:O05
$bond:CH06 $atom:C00 $atom:H06
$bond:CH07 $atom:C00 $atom:H07
$bond:OH08 $atom:O01 $atom:H08
$bond:CO09 $atom:C02 $atom:H09
$bond:OH10 $atom:O03 $atom:H0A
$bond:CH11 $atom:C04 $atom:H0B
$bond:CH12 $atom:C04 $atom:H0C
$bond:OH13 $atom:O05 $atom:H0D
}
}
packmolによるpdbファイルにOPLS力場を割当てる
割り当て用のスクリプトファイル（water_glycerol.lt）を作成する。
基本の形式
import "MOLECULE1.lt"
import "MOLECULE2.lt"
# The lipids and water must be listed instantiated in the same order
# they appear in the packmol_files/mix_lipids+water.inp file:
MOL1 = new MOLECULE1[500] #ltファイルで定義した分子名、packmolで作成した分子数に合わせる
MOL2 = new MOLECULE2[5000] #複数の分子にそれぞれ割り当てる場合、上の行からパラメータ割当てがなされるため、packmolスクリプトで書いた順番に合わせる。
write_once("Data Boundary") { #packmolで定義した枠を踏襲する
0 50.0 xlo xhi
0 50.0 ylo yhi
0 50.0 zlo zhi
}
- 水とグリセロールの混合系割当てスクリプト（water + glycerol.lt）
import "water.lt"
import "glycerol.lt"
# The lipids and water must be listed instantiated in the same order
# they appear in the packmol_files/mix_lipids+water.inp file:
GLYs = new Glycerol[500]
waters = new Water[5000]
write_once("Data Boundary") {
0 50.0 xlo xhi
0 50.0 ylo yhi
0 50.0 zlo zhi
}
- スクリプトを実行
$moltemplate.sh -pdb out.pdb water_glycerol.lt
ここまででpackmolで作成したPDBファイルにOPLS力場を割当てたlammps.dataファイルが作成される。
※packmolでぎゅうぎゅうに詰め込みすぎるとNVT計算した途端に分子が吹っ飛んでしまうので注意
（私は吹っ飛びました）
参考資料・サイト
- lammps documentにmoltemplateについて記載がある。まずはここを見るのがいいと思う。
https://docs.lammps.org/latest/Howto_moltemplate.html - 以下のサイト内の「Coarse-grained lipid bilayer using the MARTINI force field and PACKMOL」という例題が参考になる。
https://www.moltemplate.org/visual_examples.html - 作成したファイル群は以下からダウンロードできる
https://github.com/naonao07/my_lammps_examples/tree/main/water_glycerol