AutoIMD教程

Introduction to AutoIMD

AutoIMD是一种从VMD中利用原子坐标文件快速开始NAMD分子动力学模拟的一种方法。这种模拟可以在VMD图形界面中实时的观测。使用合适的设备(如VRPN跟踪器)，用户还可以与正在运行的模拟进行交互，并对单个原子或残基施加力场。这样的交互在构建和模拟一个系统时非常有用，并且可以通过修补关键残基和原子来获得有意义的结果。

虽然交互分子动力学(IMD)技术是VMD的固有部分，但AutoIMD使它更容易操作和使用。总的来说，AutoIMD增加了以下功能:
用户可以通过VMD 的atom selection，即时地对体系的某部分进行模拟。
除了进行整体的模拟，AutoIMD还可以用来快速地最小化系统部分的能量。

它提供了一个图形用户界面来设置基本的模拟参数，以及指定哪个机器或集群来运行模拟。

图1是一个AutoIMD会话的例子。使用AutoIMD时，可以将系统分为三个不同的区域

1.熔化区（ molten zone）是允许原子*移动的区域，通常被固定区域包围。这是您感兴趣的与之交互的体系的一部分(通常使用一个显示的指针)。您可以通过 imdmolten宏引用该区域。
2.这个固定区（fixed zone）包含在模拟中，但是它的原子被固定。固定区域内的原子力会影响移动原子并限制它们的运动。您可以通过imdfixed宏引用该区域。

3.在模拟开始之前，将被排除的区域（excluded zone）从系统中删除，并被模拟所忽略(以便加速它)。您可以通过imdexcluded宏引用该区域。

在用您的系统开始使用AutoIMD之前，您需要以下条件:

1.电脑运行VMD，要求运行MS Windows的计算机至少支持VMD 1.8.4。
2.安装了NAMD的副本，最好是在默认路径/ usr/local/bin(如果不是的话，您将得到一个提示)。如果您希望在本地集群上运行您的模拟，您需要执行一些后续步骤，稍后将详细介绍。
3.原子坐标(来自PDB、DCD文件等)和一个描述体系的PSF文件。
4.如果您的体系需要非标准参数，则可以为您的模拟提供一个CHARMM参数文件。标准参数包括在AutoIMD中，但也可以在这里下载:

 http://www.pharmacy.umaryland.edu/faculty/amackere/force_fields.htm. 

How to Run an AutoIMD session

1.启动VMD，加载体系(确保包含PSF文件)（图1），并从扩展AutoIMD菜单项(在VMD主窗口中)启动AutoIMD（图2）。自动imd窗口(图3)应该出现：

2. [可选]选择设置参数…从AutoIMD窗口的菜单项。图3中显示的对话框应该弹出。使用这个对话框告诉AutoIMD您的scratch目录的位置。如果您的体系包含非标准的残留物，您还可以指定另一组CHARMM参数文件。

3.通过在文本框中输入VMD atom选择来指定熔融区。

注意:由于AutoIMD目前的工作方式，你应该避免引用原子的索引或残基号(因为它们会在模拟体系中发生变化)，相反，使用它们的名称、大小和段名或链来引用原子

4.另外，您还可以更改固定区（ fixed zone），尽管它们是用于将熔融区（ molten zone）固定的，应该也能运行。注意，您指定的固定区域可能稍后会被AutoIMD调整，以包括完全的残留物，而不是残基的碎片，这是正常的。

5.选择服务器并调整处理器的数量。如果您想在VMD正在运行的同一台计算机上运行这个模拟，您将选择“本地”并忽略处理器字段。

6.单击Submit按钮启动您的NAMD模拟。
注意:如果这是您第一次运行AutoIMD，它将提示您创建一个scratch目录，其中AutoIMD将存储其临时文件。scratch目录需要在本地机器和NAMD运行的主机上都可以访问。不要将自己的文件存储在这个目录中。

注意:如果您收到一个错误消息，说“无法打开psf文件xxx . psf。你需要重新将PSF文件重新加载到当前的分子上，再一次点击Submit。

7.单击Connect以连接到当前的模拟。你应该看到原子开始运动。
注意:要启动NAMD模拟，可能需要几秒钟。在此期间，VMD将无法连接，您将看到类型的错误消息:连接到端口xxxx上的主机的错误消息。这是正常的，这些错误通常可以忽略。一旦NAMD准备好，VMD就会连接。

注意:如果在等待很长时间后，Autoimd仍然没有连接，您的模拟可能有问题。确保您的模拟实际上正在运行。否则，您的NAMD作业可能会中止。检查AutoImd中的NAMD输出。日志文件在您的scratch目录中找到原因(NAMD会说它为什么会崩溃，等等)。一旦q确定出错，你可以点击Discard然后提交，再试一次。

8.与您的体系交互一段时间。你可以使用Mouse>Force菜单项，或者一个3D跟踪器来拉动你的原子。或者，也可以只看体系平衡。在您的模拟过程中，您可以通过File>Save Full PDB As 来保存您的体系的实时的PDB文件。

9.完成后，单击Finish。你的原子在你最初的加载的分子中的坐标将会更新，并且模拟将停止。Discard也会停止模拟，但是不更新坐标，体系会回到初始状态。如果出问题，就用这个按钮。

AutoIMD Adjustable Parameters 

AutoIMD允许你设置大量的可调参数,通过 the Simulation Parameters窗口(Settings→Simulation Parameters)。这里描述了这些选项:

scratch directory

AutoIMD将存储用于运行NAMD模拟所需的临时文件的目录。不要存储自己的文件在里边。

CHARMM params
NAMD使用的CHARMM参数文件列表。如果您的体系包含您所创建的参数的非标准残留物，您将需要修改此操作。
temperature 
模拟动力学运行的温度，单位：开尔文。
NAMD config template 

AutoIMD使用一个预定义的模板来运行一个NAMD模拟，该模板包含所有的指令，后面跟着NAMD。如果您希望创建自定义模拟，例如使用不同的NAMD设置和协议，而不是AutoIMD提供的，您应该复制AutoIMD提供的模板，编辑它，并在这里指定它。

initial minimization 

在平衡开始前执行的最小化步骤的数量。
DCD save frequency 
模拟步骤被保存到磁盘的频率。这些文件将位于一个名为AutoImd的DCD文件中。dcd在scratch目录中。要在VMD中加载和查看这个轨迹，还需要加载AutoImd。psf文件在同一个目录中。
VMD keep frequency 
模拟步骤被保存在VMD内存中的频率。您可以使用轨迹动画滑块来查看这些。
IMD communication rate 
如果将此设置为大于1的东西，NAMD将不会将所有计算步骤发送到VMD，但是将跳过步骤，只在一个设置的时间间隔将坐标发送到VMD。