如何使用 MDAnalysis 实例化原子？

Question

在查看 documentation 几次并花了几个小时尝试各种想法后，我决定需要帮助。我正在编写 Python 软件，逐步完成 RADA 蛋白质的 NAMD 模拟，计算我们感兴趣的不同值。

目前，我的代码遍历每个时间步，然后遍历系统中的每个原子，执行各种分析步骤。

我需要做的是将每个氨基酸合并成它自己的 "atom"（氨基酸的单位点表示，位于残基的质心）。

我能否实例化新的 Atom，并将它们添加到 MDAnalysis Universe 中？我可以用氨基酸的质心、人类可读的名称等数据填充这些新原子吗？

类似于：

u = MDAnalysis.Universe(psf, coordDcd)
ag = u.selectAtoms(" the atoms in my amino acid ")
amino_acid = MDAnalysis.Atom
amino_acid.pos = ag.centerOfMass()

我知道如何读取 NAMD 模拟（.dcd 文件）并且所有原子都很好地表示，但最终，我需要将 ~20 个原子变成一个 "averaged" 个原子（用于计算简化）。

Answer 1

您可以使用 Universe.empty() 方法创建一个包含空原子的新宇宙。在下面的示例中，我使用了测试中的示例文件（data.PSF 和 data.DCD，但您可以使用自己的文件）。

import MDAnalysis as mda
from MDAnalysis.tests import datafiles as data   # only needed for the example files

u = mda.Universe(data.PSF, data.DCD)

# create the "coarse grained" universe with one Atom per Residue
cg = mda.Universe.empty(n_atoms=u.residues.n_residues, n_residues=u.residues.n_residues, 
                        atom_resindex=u.residues.ix, trajectory=True)

# add total mass for each residue
cg.add_TopologyAttr("masses", u.residues.masses)

# add total charge per residue
cg.add_TopologyAttr("charges", u.residues.charges)

# add names etc... so that cg.select_atoms("protein") works
cg.add_TopologyAttr("resnames", u.residues.resnames)
cg.add_TopologyAttr("resnums", u.residues.resnums)

# use the residue center of mass for each residue as the position of the CG particle
centers = u.residues.center_of_mass(compound="residues")
cg.atoms.positions = centers

空虚的宇宙是光秃秃的；使用 Universe.add_TopologyAttr() 我们可以添加拓扑属性，例如质量和电荷，这对于粗粒度的粒子可能有一定的意义。我们用聚合的每个残基值初始化这些属性（u.residues.masses 包含每个残基的质量，而 u.atoms.masses 包含每个原子的质量）。添加残基名称可以进行选择，例如

protein = cg.select_atoms("protein")

也在 cg 宇宙中工作。可以以类似的方式添加其他拓扑属性。（可用属性的文档目前不是很好，所以也许可以在 user mailing list or check out the User Guide: Topology System 上询问（截至 2019 年 11 月仍在进行中））。

我们还可以为 CG“原子”分配位置（因为我们添加了带有 trajectory=True 的空单帧轨迹）以便进行典型分析，例如，蛋白质残基的回转半径我们选择了：

rgyr = protein.radius_of_gyration()

以上应该回答最初发布的问题。

但是，请注意，为轨迹中的每个时间步长创建一个 Universe 可能效率不高。创建粗粒度 Universe with a in-memory trajectory attached but the current Universe.empty() method (MDAnalysis 0.20.1) does not support this functionality — mainly because no-one asked for it. It would be trivial to implement so if you need it, please raise an issue in our issue tracker https://github.com/mdanalysis/mdanalysis/issues 并建议该功能会很方便。

如何使用 MDAnalysis 实例化原子？

How to instantiate Atoms using MDAnalysis?

python

mdanalysis