Анализ молекулярной динамики биологических молекул в GROMACS

  1. Начнем с визуального анализа движения молекул: 

    trjconv -f b-md.xtc -s b-md.tpr -o b_pbc_1.pdb -skip 20
    В результате получаем файл b_pbc_1.pdb. Оказалось, что при просмотре выходного файла некоторые атомы, расположенные на границе ячейки, переносятся на другую сторону ячейки. Для удобства перенесем на другой край ячейки только молекулы целиком: 
    trjconv -f b-md.xtc -s b-md.tpr -o b_pbc_2.pdb -skip 20 -pbc mol
    В результате получаем файл b_pbc_2.pdb В данном случае все выглядит вполне реалистично. Длинного бислоя не образуется, однако образуется достаточно вытянутая мицелла. Мицелла образуется примерно с 24 номера модели. Это соответствует времени 12000 фемтосекунд.

  2. Площадь липида в бислое

    Определим площадь, занимаемую одним липидом. Для этого нужно получить размеры ячейки из траектории: 
    g_traj -f b-md.xtc -s b-md.tpr -ob box_1.xvg
    В итоге получился файл: box_1.xvg. В этом файле содержатся размеры ячейки: в первой колонке - время, в остальных трех - размер ячейки.
    Площадь, нормированная на 1 липид в бислое, в квадратных нанометрах по соответствующим осям = произведение длин по осям, не являющимися нормалью к поверхности бислоя, (то есть по осям Y и Z), деленным на 32 (среднее количество молекул липидов в одном слое). Зависимость площади от времени (построена в Excel):




    Площадь липида в бислое со временем уменьшается. Однако спад небольшой и значение площади быстро стабилизируется. Средняя площадь липида в бислое ~ 0.7 кв.нм.

  3. Определим изменение гидрофобной и гидрофильной поверхностей в ходе самосборки: 
    g_sas -f b-md.xtc -s b-md.tpr -o sas_b.xvg
    В результате получился файл: sas_b.xvg. В этом файле содержатся данные о гидрофильной и гидрофобной поверхностях в каждый момент времени. Зависимость изменения гидрофобной (синяя) и гидрофильной (красная) поверхностей от времени:


    Видим, что при образовании мицеллы происхоит уменьшение гидрофобной и гидрофильной поверхностей. Такая компактизация приводит к уменьшению энергии системы в водном растворителе.

  4. Традиционной мерой оценки фазового состояния бифильных молекул является мера порядка. Для анализа нам понадобится специальный индекс файл: sn1.ndx.
    Теперь запустим сам анализ, где "P" это ось, которя является нормалью к поверхности бислоя: Для конца траектории: 
     
   g_order -s b_md -f b_md.xtc -o ord_end.xvg -n sn1.ndx -b 45000 -d P
    И для начала траектории: 
     
   g_order -s b_md -f b_md.xtc -o ord_start.xvg -n sn1.ndx -e 5000 -d P
    Построим зависимости. График с изображением меры порядка для разных атомов липида (с головки до хвоста) для начала траектории:




    Для конца траектории:




    Видно, что графики существенно различаются. Для конца траектории график имеет более сглаженный вид. Для начала траектории значения меры от головки к хвосту колеблятся, но всё же возрастают. Однако можно заметить, что атомы в хвосте липида на обоих графиках более подвижны.