GROMACS 聚类轨迹提取与轴束几何

下载输入、真实结果与绘图资料包，解压进入资料包目录。inputs 可修改，reference 是集群已计算的参考结果；脚本每次在 work 下建立独立目录。计算在分配好的资源内执行，可用 sbatch run.sbatch 跑整组，结果路径写入 LAST-RUN.txt。

数据与入口#

本例继续使用 1231 原子的纯泛素轨迹，0–100 ps、51 帧，做两个独立后处理：提取聚类成员轨迹，以及分析两段轴的几何。

bash run.sh tools

该入口也运行同包其他短工具。单独操作时复制 inputs/cluster 或 inputs/bundle 到新目录，加载 GROMACS 2026.4 普通模块。

1. 聚类时保留帧索引#

printf '3\n3\n' | gmx cluster -s protein.tpr -f protein.xtc -method gromos -cutoff 0.06 -clndx cluster-frames.ndx -g clusters.log -o rmsd.xpm -sz cluster-sizes.xvg
gmx extract-cluster -s protein.tpr -f protein.xtc -clusters cluster-frames.ndx -select all -o cluster.xtc

本例原子组 3 为 Cα；实际操作先核对菜单，再选择用于 RMSD 拟合和比较的组。0.06 nm 阈值仅对应本例短轨迹，换蛋白后要研究阈值敏感性。-clndx 保存的是每类的帧编号，与普通原子索引不同。

结果为 12 类，成员数依次为 16、10、7、5、3、2、2、2、1、1、1、1，合计 51 帧。extract-cluster 输出如 cluster_Cluster_0001.xtc；实际读取这些文件，原子几何与对应原轨迹帧一致。

head cluster-frames.ndx
gmx check -f cluster_Cluster_0001.xtc

2. 定义两段轴的端点#

bundle 可以分析多条轴。这里将同一段泛素螺旋拆成两个短轴，演示分组，不把它称为真正的多螺旋束体系：

[ AxisTop ]
355 374 451 473
[ AxisBottom ]
419 441 521 543

每组四个 Cα，按顺序分成两段。第一轴是 23/24 残基端点质心到 27/28 端点质心；第二轴是 29/30 到 33/34。

printf '0\n1\n' | gmx bundle -s protein.tpr -f protein.xtc -n axis.ndx -na 2 -z -ol length.xvg -od distance.xvg -oz z-shift.xvg -ot tilt.xvg -otr tilt-radial.xvg -otl tilt-lateral.xvg -oa axes.pdb

本例显式使用 -z，以固定实验室 Z 轴为参考；倾角不是自动对平均轴拟合后的倾角。需要其他参考方向时，应先进行可核对的刚性旋转，并检查长度等几何不变量。

两条轴的平均长度约 0.618976 和 0.641388 nm，独立端点质心计算与原生文本最大差小于 1.1e-6 nm。这不是螺旋全长；它取决于选定端点。

51 帧只能演示轨迹操作和局部变化，不适合声称已经识别了全部蛋白亚稳态。见 extract-cluster、bundle。