化学分子Mol2文件格式与使用注意事项

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前言

Mol2格式文件是一个ASCII 文件,由Tripos公司编制的用于表示化学分子的文件格式,在其药物设计软件套装SYBYL中使用。

Mol2格式文件被分子模拟的众多软件所支持,包括计算化学、分子对接,分子动力学软件,如Gaussian,VMD,UCSF DOCK,rDock,LeDock,MOE,Schrodinger,Openbabel,RDKit,Amber,Gromacs等。

Mol2格式文件可以通过关键词字段记录分子中常见的信息如原子坐标,原子类型,原子电荷,成键信息等,也可以记录晶胞常数、周期性边界条件信息和子结构信息等。

详细信息可参考: Mol2文件格式

一、Mol2文件示例

以下是苯环的Mol2格式文件:

bash 复制代码
#	Name: benzene
#	Creating user name: tom
# 	Creation time: Wed Dec 28 00:18:30 1988
# 	Modifying user name: tom
# 	Modification time: Wed Dec 28 00:18:30 1988

@<TRIPOS>MOLECULE
benzene
12 12 1 0 0
SMALL
NO_CHARGES


@<TRIPOS>ATOM
  1 C1        1.0787     0.8803     0.0002 C.ar  1 BENZENE   0.0000 
  2 H1        1.9151     1.5635     0.0008 H     1 BENZENE   0.0000 
  3 C2       -1.3021     0.4939     0.0002 C.ar  1 BENZENE   0.0000 
  4 H2       -2.3118     0.8772     0.0008 H     1 BENZENE   0.0000 
  5 C3       -0.2231     1.3734    -0.0002 C.ar  1 BENZENE   0.0000 
  6 H3       -0.3962     2.4394    -0.0008 H     1 BENZENE   0.0000 
  7 C4       -1.0787    -0.8803    -0.0002 C.ar  1 BENZENE   0.0000 
  8 H4       -1.9151    -1.5635    -0.0008 H     1 BENZENE   0.0000 
  9 C5        1.3021    -0.4939    -0.0002 C.ar  1 BENZENE   0.0000 
 10 H5        2.3118    -0.8772    -0.0008 H     1 BENZENE   0.0000 
 11 C6        0.2231    -1.3734     0.0002 C.ar  1 BENZENE   0.0000 
 12 H6        0.3962    -2.4394     0.0008 H     1 BENZENE   0.0000 
@<TRIPOS>BOND
  1   1   2  1   
  2   1   5  ar  
  3   1   9  ar  
  4   3   4  1   
  5   3   5  ar  
  6   3   7  ar  
  7   5   6  1   
  8   7   8  1   
  9   7  11  ar  
 10   9  10  1   
 11   9  11  ar  
 12  11  12  1   
@<TRIPOS>SUBSTRUCTURE
  1 BENZENE  11 PERM 0 **** ****	0	ROOT

二、 Mol2文件主要结构解释及注意事项

Mol2文件结构特点及使用注意事项:

  1. 允许注释和空行:前5行是注释,第6行是空行
  2. 接下来是4组关键字定义的结构信息,关键字以@<TRIPOS>开头@<TRIPOS>MOLECULE @<TRIPOS>ATOM @<TRIPOS>BOND @<TRIPOS>SUBSTRUCTURE,分别是分子信息,原子,键和子结构。具体解释如后文。
  3. @<TRIPOS>MOLECULE @<TRIPOS>ATOM @<TRIPOS>BOND 对于描述一个分子的结构信息是必须的。
  4. Mol2文件格式相对自由,但在在不同关键字所在的组内有特定的编辑规则。
  5. 但不同软件对于原子类型描述可能有所不同,是某些软件读取出现错误的原因,如GaussView处理芳香系统,VMD里如果加载结构是采用xyz、gro、pdb等不含成键关系信息的坐标文件(虽然pdb有CONECT字段,但VMD不利用),保存出的mol2文件将没有BOND字段,缺失了成键信息,这种情况后续使用会有输入问题;如果在VMD同时加载相应的top或者prmtop等拓扑文件,再保存Mol2则可避免缺失BOND信息。

MOLECULE 字段解释

bash 复制代码
@<TRIPOS>MOLECULE 字段解释:
mol_name
num_atoms [num_bonds [num_subst [num_feat[num_sets]]]]
mol_type
charge_type
[status_bits
[mol_comment]]
每行信息解释:
第1行:mol_name体系的名字。OpenBabel把转换出mol2文件的源文件的名字作为体系的名字。
第2行:5个数字分别是体系中的原子数、化学键数、子结构数、特征数、set数。后三个可以省略。
子结构可以是体系中的一个部分,比如每个分子、每个残基、蛋白质的每条链等等都可以在@<TRIPOS>SUBSTRUCTURE字段里定义为一个子结构,不超过7个字符。
set是指基于体系中的一些原子/键/子结构根据特定规则和需要定义的集合,可以在@<TRIPOS>SET里具体定义,命名需要不重复。
第3行:mol_type体系的类型。可以为SMALL(小分子)、BIOPOLYMER(生物聚合物)、PROTEIN(蛋白)、NUCLEIC_ACID(核酸)、SACCHARIDE(糖)
第4行:原子电荷。没有计算就是NO_CHARGES,更具计算方法可以是GASTEIGER,MULLIKEN_CHARGES、MMFF94_CHARGES;其他情况USER_CHARGES。

方括号里面的信息项以及该项后面的项可以不提供。

ATOM 字段解释

bash 复制代码
@<TRIPOS>ATOM 字段,有10列:
atom_id atom_name x y z atom_type [subst_id [subst_name [charge [status_bit]]]]
每列信息解释:
(1)atom_id 原子序号(整数)
(2)atom_name 原子名(字符串)
(3)x坐标(埃)
(4)x坐标(埃)
(5)x坐标(埃)
(6)原子类型(字符串)
(7)原子所属的子结构序号(整数)
(8)原子所述的子结构名字(字符串)
(9)原子电荷(浮点数)
(10)状态位(status_bit):不可改动,由SYBYL根据原子产生,可省略:DSPMOD, TYPECOL, CAP, BACKBONE, DICT, ESSENTIAL, WATER 或者DIRECT.

方括号里面的信息可以不提供,不提供会被填充字符,保证至少9列。
第2列原子名称部分可以完全随意;但第6列原子类型Tripos有统一定义;

如下所示:

BOND 字段解释

bash 复制代码
@<TRIPOS>BOND 字段,有5列:
bond_id origin_atom_id target_atom_id bond_type [status_bits]
每列信息解释:
(1)bond_id键的序号(整数)
(2)origin_atom_id第1个原子的序号
(3)target_atom_id第2个原子的序号
(4)bond_type键的类型
(5)同ATOM可省略,用户不可修改。

键的类型有以下这些:
• 1 = 单键
• 2 = 双键
• 3 = 三键
• am = 酰胺的N-C键(这种键有一定pi共轭作用,这是为什么mol2格式里特意用am来与单键区分)
• ar = 芳香环(aromatic)上的键,以下简称芳香键
• du = 虚键
• un = 未知/无法判断
• nc = 不相连(俩原子不成键就没必要在BOND字段出现,但可以靠nc强调某两个原子间就是没成键)
绝大多数程序产生的mol2文件里没有du、un、nc。 

SUBSTRUCTURE字段解释

bash 复制代码
@<TRIPOS>SUBSTRUCTURE:字段解释:
subst_id subst_name root_atom [subst_type [dict_type [chain [sub_type [inter_bonds [status [comment]]]]]]]
方括号里面的信息可以不提供。

subst_id子结构编号 (整数)
subst_name (字符串) 
root_atom的编号 (整数)
subst_type:子结构类型(字符串)有:temp, perm, residue, group 或domain

Mol2文件所有关键词如下。进一步的信息可以参考 Mol2文件格式


总结

本文提供了Mol2文件格式的解释,帮助初学者加深对结构文件的了解。

参考资料

  1. http://sobereva.com/655
  2. https://download.csdn.net/download/weixin_40192882/88872977?spm=1001.2014.3001.5503
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