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この章では、読者が分子動力学とUnix、および`jot`、emacs、`vi`などのテキストエディターの使用について十分な知識を持っていることを前提としています。また、|Gromacs|ソフトウェアが正しくインストールされていることを前提としています。以下のような行が表示された場合

ls -l

あなたは、その行の内容をコンピューターのターミナルに入力する必要があります。

環境のセットアップ

GROMACS へのアクセス権があるかどうかを確認するには、まず次のコマンドを入力してください。

gmx -version

このコマンドは、インストールされている GROMACS のバージョンに関する情報を出力するはずです。もし、このコマンドが別のフレーズを返す場合は、

gmx: command not found.

その後、ご自身の|Gromacs|のバージョンがインストールされている場所を見つける必要があります。 通常、バイナリは /usr/local/gromacs/bin にありますが、詳細については、ローカルのシステム管理者にお問い合わせください。 その後、「|Gromacs|へのアクセス方法」の手順に従ってください。

典型シミュレーションのフローチャート

典型的な|Gromacs|を用いたシミュレーションワークフローは、以下に示されています：<flow>。

重要なファイル

以下は、遭遇する可能性のある最も重要な GROMACS ファイルの種類に関する概要です。

分子トポロジーファイル（.top）

分子トポロジーファイルは、`gmx pdb2gmx`プログラムによって生成されます。`gmx pdb2gmx`は、任意のペプチドまたはタンパク質の`PDB`構造ファイルから、分子トポロジーファイルに変換します。このトポロジーファイルには、ペプチドまたはタンパク質内のすべての相互作用に関する完全な記述が含まれています。

トポロジーの #include ファイル機構

システムトポロジーを :ref:`top`ファイルで構築し、それをGromppに提示する際、|Gromacs|は、Cプリプロセッサであるcpp（|Gromacs|3では実際にcpp）の組み込みバージョンを使用します。cppは、次のような行を解釈します:

#include "ions.itp"

現在ディレクトリ、GROMACS の share/top ディレクトリ（GMXLIB 環境変数で指定されたもの）、および mdp ファイルの include:run パラメータ（include）の値に指定された -I フラグで示されるディレクトリを検索します。 検索が成功するか、警告を表示します。 (ディレクトリ名を指定する場合は、区切り文字として Unix 形式の '/' を使用し、Windows 形式の '' を使用しないでください。) 検索が成功した場合、指定されたファイルの内容を、まるで自分でファイルの内容をコピーしてメインファイルに貼り付けたかのように、そのまま使用します。 実際にコピーとペーストを行う必要はありません。 include ファイルのメカニズムの主な目的は、以前の作業を再利用し、将来の変更を容易にし、タイプミスを防ぐことです。

さらに、「cpp」は、次のようなコードを解釈します:

#ifdef POSRES_WATER
; Position restraint for each water oxygen
[ position_restraints ]
;  i funct       fcx        fcy        fcz
    1    1       1000       1000       1000
#endif

「POSRES_WATER」というプレプロセッサ変数がどこかに定義されているかどうかをテストすることで、これを行うことができます（つまり、「if defined」）。これを行うには、以下のいずれかの方法があります

分子構造ファイル（.gro、.pdb）

gmx pdb2gmx を実行して分子の構造を生成すると、同時に PDB ファイル（pdb ファイル）を GROMOS 構造ファイル（gro ファイル）に変換します。 pdb ファイルと GROMOS ファイルの主な違いは、その形式であり、gro ファイルは速度も保持できる点です。 ただし、速度が不要な場合は、pdb ファイルをすべてのプログラムで使用できます。 ペプチドの周りに溶媒分子の箱を作成するには、gmx solvate プログラムを使用します。 まず、gmx editconf プログラムを使用して、分子の周りに適切なサイズの箱を定義します。 gmx solvate は、溶媒（この場合は水）にペプチドを溶媒分子として導入します。 gmx solvate の出力は、水に溶媒化されたペプチドの GROMOS 構造ファイルです。 gmx solvate は、gmx pdb2gmx によって生成された分子構造ファイル（構造）にも、溶媒を追加します。

分子動力学パラメータファイル（.mdp）

分子動力学パラメータファイル（mdp）には、分子動力学シミュレーションに関するすべての情報が含まれています。例えば、時間ステップ、ステップ数、温度、圧力などが含まれます。このようなファイルを扱う最も簡単な方法は、既存の`サンプル mdp ファイル <mdp>` を参考にすることです。

インデックスファイル（.ndx）

場合によっては、アトーム（例：温度結合、加速、凍結）の操作を指定するために、インデックスファイルが必要になることがあります。通常、デフォルトのインデックスグループで十分なため、このデモではインデックスファイルの利用は考慮しません。

入力ファイル（.tpr）を実行する

次のステップは、分子構造ファイル（gro）、トポロジーファイル（トップ）、MDパラメータファイル（mdp）と（オプションで）インデックスファイル（ndx）を組み合わせて、実行入力ファイル（:ref:`tpr`拡張子）を生成することです。このファイルには、|Gromacs|でシミュレーションを開始するために必要なすべての情報が含まれています。:ref:`gmx grompp`プログラムは、すべての入力ファイルを処理し、実行入力ファイルである:ref:`tpr`ファイルを生成します。

軌跡ファイル（.trr、.tng、または``.xtc``）

シミュレーションを開始する前に、実行入力ファイルが利用可能になったら、シミュレーションを開始できます。シミュレーションを開始するプログラムは gmx mdrun と呼ばれます。 gmx mdrun の唯一の入力ファイルとして、通常は実行入力ファイル (tpr ファイル) が必要です。 gmx mdrun の典型的な出力ファイルは、軌跡ファイル (trr ファイル)、ログファイル (ログ ファイル)、および場合によってはチェックポイントファイル (cpt ファイル) です。

チュートリアル資料

GROMACS の使用に関するさまざまな「チュートリアル」_ が利用可能です。また、「サードパーティ製チュートリアル」_ もあります。さらに詳しい情報は、How to のセクションにも記載されています。

背景知識

  • Berendsen, H.J.C., Postma, J.P.M., van Gunsteren, W.F., Hermans, J. (1981) 分子間力、第3章 タンパク質の加水に関する水の相互作用モデル、pp 331-342。 ドーterdam: D. Reidel Publishing Company ドーterdam

  • カブシュ、W.、ザンダー、C. (1983). タンパク質の二次構造辞書：水素結合および幾何学的特徴のパターン認識。Biopolymers 22, 2577--2637.

  • Mierke, D.F., Kessler, H. (1991). 分子動力学におけるジメチルスルホキシドを溶媒として。環状ヘキサペプチドの構造。J. Am. Chem. Soc. 113, 9446.

  • ストライアー、L. (1988). 生化学、第1巻、p. 211。ニューヨーク：フリーマン、第3版。