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：

#	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
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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@开头：@MOLECULE @ATOM @BOND @SUBSTRUCTURE，分别是分子信息，原子，键和子结构。具体解释如后文。
3. @MOLECULE @ATOM @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

@<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。
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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

@<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.
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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

@<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
• ar = 芳香环（aromatic）上的键
• du = 虚键
• un = 未知/无法判断
• nc = 不相连（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。 
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SUBSTRUCTURE字段解释

@<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
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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。

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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