GROMACS除了可以进行全原子分子动力学模拟，还可以进行粗粒化动力学模拟，运用martini立场。有时候我们的计算体系过大，导致耗时耗力都很大，而我们只是想观察一些分子动力学现象，因此没有必要进行全原子模拟。将各个组分中几个原子或者某官能团（一般4~6个非氢原子）粗粒化成一个粒子，这个粒子可能是极性的或者非极性的，可能是带电的或者不带电的。这样大大降低了计算时间，提高了计算效率，但与此同时，可能失去了一些分子的细节变化。关于martini粗粒化立场模拟也有相关教程（http://www.cgmartini.nl/index.php/tutorials-general-introduction/proteins ），其中包括磷脂、蛋白质、聚合物、DNA等物质的教程。

粗粒化模拟与全原子类似，均需要四个输入文件，包括构型文件、拓扑文件、mdp文件、立场文件。进行粗粒化模拟当然是用粗粒化的模型：蛋白质可以通过脚本来进行转化，磷脂膜、PEG等教程上可以直接下载，当然也可以通过编程等得到。与粗粒化构型对应的是相应的拓扑构型文件（.itp文件）：蛋白质的拓扑文件是通过脚本实现的，磷脂膜以及教程上例子的拓扑文件可以在网站直接下载，自己编写程序等其他方式也可以自己编写拓扑文件。拓扑文件中的内容类似于全原子体系的拓扑文件内容。

1. 蛋白质的模拟

首先应当先下载dssp算法（http://swift.cmbi.ru.nl/gv/dssp/ ）来计算蛋白质的二级结构。

python martinize.py  -f  1UBQ.pdb  o  system-vaccum.top  -x  1UBQ-CG.pdb  -dssp  /pwd/to/dssp  -p  backbone  -ff  martini22

当然也可以自己准备该蛋白质的二级结构（ssd.dat）

python martinize.py  -f  1UBQ.pdb  -o  system-vaccum.top  -x  1UBQ-CG.pdb  -ss  ssp.dat  -p  backbone  -ff  martini22

这一步之后生成了三个文件：总的拓扑文件、蛋白质的拓扑文件、蛋白质的构型文件。在全原子模拟中前两个文件是合并在一起的。另外的两个输入文件，即立场文件和mdp文件均可在martini粗粒化计算主页下载，然后将立场文件引入到总的拓扑文件中即可。

图1 蛋白质的构型

在蛋白质的模拟中，蛋白质的二级结构不仅影响粗粒化以后的珠子类型，还影响键、键角、二面角等参数。如果改变蛋白质的二级结构，可以通过两种途径：一种是基于标准的martini拓扑产生一个简单的弹性网络拓扑（在运行martimize.py时后面添加 -elastic  -ef  500  -el  0.5  -eu  0.9  -ea  0  -ep  0）；另一种是通过ElNeDyn网络方法（在运行martimize.py时后面添加 -ff  elnedyn22）。

图2 蛋白质弹性网络结构以及不同情况下蛋白质的均方位移

2. 磷脂膜的模拟

关于磷脂双分子膜的模拟中，可以通过粗粒化模拟来自组装形成磷脂双分子层。这时候需要单个磷脂分子构型，将其随机放入盒子，尝试一定次数的放入，得到含指定数量磷脂的盒子。

gmx  insert-molecules  -ci  DPPC-em.gro  -box  7.5  7.5  7.5  -nmol  128  -radius  0.21  -try  500  o  128_noW.gro

注意范德华半径必须从默认的0.105nm改为0.21nm（-radius 0.21）。为了避免得到的体系中两个粒子之间距离太近，我们进行一个能量最小化模拟，此时体系中只有磷脂。

gmx  grompp  -f  minimization.mdp  -c  128_noW.gro  -p  dppc.top  -o  dppc-min-init.tpr

提交任务

得到dppc-min-init.gro，然后加入水分子

gmx  solvate  -cp  dppc-min-init.gro  -cs  water.gro  -o  waterbox.gro  -maxsol  768 -radius  0.21

​范德华半径依然是0.21nm，每一个磷脂加入六个粗粒化水粒子，每个粒子代表四个水分子，所以实际上相当于每个磷脂加入24个水分子。然后进行能量最小化，进而md模拟，最终得到磷脂双分子层膜。在这一过程中，会形成胶束状的中间态，也会形成含水孔的双分子层膜。但是磷脂双分子层的自组装过程时压力是各向同性的，这样可能形成的双分子层是有一定张力的，因此还需要进行零张力的平衡模拟。在平衡模拟时，注意设置的温度下，该磷脂膜处于液相。

图3. 平衡前和平衡后的体系

平衡模拟之后，应当分析一下磷脂双分子层膜的性质，包括磷脂膜的厚度（计算磷脂头部密度，上层磷脂头部与下层磷脂头部之间的距离），每个磷脂所占的面积（总磷脂数/盒子大小），序参数、横向扩散系数（msd）等。不同类型的磷脂形成的膜，以上分析结果均不一样。比如磷脂的尾部如果有不饱和键，则膜更无序；如果膜中含有胆固醇，则流动性降低等。对于多种磷脂混合而成的膜，不同的混合比例会导致磷脂膜的性质有所不同。

总结一下gromacs的模拟思路：

1. 四中输入文件：构型文件（gro）、拓扑文件（itp）、mdp文件、立场文件（itp）。

2. 构建整个体系，同时将拓扑文件和立场文件均引入到一个总的文件（top）中

3. 对于一般情况，依次进行：能量最小化模拟，nvt模拟，npt模拟，md模拟。