Молекулярная динамика биологических молекул в GROMACS.



Цель занятия - ознакомиться с возможностями моделирования молекулярной динамики.
Из предложенных 4 задач практикума была выбрана следующая:

Моделирование самосборки липидного бислоя из случайной стартовой конформации

  1. Создадим рабочую директорию на диске H: Aleksandrova/md.

  2. Для работы будем использовать файлы:
    дополнительной топологии для липида DPPC, dppc.itp;
    параметры для липидов lipid.itp;
    координаты одного липида dppc.gro;
    файл-заготовка тополгии системы b.top;
    файл параметров для минимизации энергии em.mdp;
    файл параметров для "утряски" воды pr.mdp;
    файл параметров для молекулярной динамики md.mdp.

  3. На основе одного липида созадим ячейку с 64 липидами:
    genconf -f dppc.gro -o b_64.gro -nbox 4 4 4
    С помощью editconf преобразуем dppc.gro и b_64.gro в pdb файлы:
    editconf -f dppc.gro -o dppc.pdb
    editconf -f b_64.gro -o b_64.pdb
    Геометрия системы неудачна: в одном из хвостов фосфолипида жирная кислота образует цикл.

  4. Установим в файле b.top правильное количество липидов в системе (64).

  5. Сделаем небольшой отступ в ячейке от липидов, чтобы добавить примерно 2500 молекул воды:
    editconf -f b_64.gro -o b-ec -d 0.5 
  6. Проведём оптимизацию геометрии системы, чтобы удалить "плохие" контакты молекул (циклы в остатках жирных кислот):
    grompp -f em -c b-ec -p b -o b-em -maxwarn 2
    mdrun -deffnm b_em -v
    Начальное значение максимальной силы равно 4.37970e+05, конечное (после оптимизации) - 6.4541919e+02.

  7. Добавим в ячейку молекулы воды типа spc:
    genbox -cp b-em -p b -cs spc216 -o b-s
  8. Проведем "утряску" воды:
    grompp -f pr -c b-s -p b -o b-pr -maxwarn 1
    mdrun -deffnm b-pr -v
  9. Переформатируем b-pr.gro и b-s.gro в pdb-формат и сохраним результаты в файлах b-pr.pdb и b-s.pdb соответственно. Теперь геометрия системы оптимизирована: никаких лишних циклов не наблюдается. Кроме того, видна большая разница между системами без "утрясенной" воды (b-s.pdb) и с "утрясенной" водой (b-pr.pdb). Во втором случае вода распределена куда более хаотично и, как следствие, реалистично. Более того, она занимает большое пространство между молекулами липидов.

  10. Скопируем эти файлы на суперкомпьютер. Для этого сначала зайдем на него и создадим папку:
    ssh skif
    mkdir Aleksandrova
    exit
  11. Теперь скопируем файлы:
    cd Aleksandrova
    scp -r md/* skif:Aleksandrova/
  12. Запустим тестовое моделирование на суперкомпьютере:
    ssh skif
    cd Aleksandrova
    grompp -f md -c b_pr -p b -o b_md -maxwarn 1
    mpirun  -np 16 -q test -maxtime 5  /home/golovin/progs/bin/mdrun_mpi -deffnm b_md -v
    Номер моей тестовой задачи: 77452. Файл не содержит ошибок.

  13. Наконец, запускаем основное моделирование на суперкомпьютере
    mpirun  -np 16 -maxtime 1200  /home/golovin/progs/bin/mdrun_mpi -deffnm b_md -v
    Номер моей задачи - 240956.