Самосборка липидного бислоя

Занятие 7-8. Моделирование самосборки липидного бислоя из случайной стартовой конформации и дальнейший анализ.

Моделирование.

Файлы:

dppc.itp

Рабочая директория:

./md

Методика:

genconf -f dppc.gro -o b_64.gro -nbox 4 4 4

editconf -f dppc.gro -o dppc.pdb
editconf -f b_64.gro -o b_64.pdb

editconf -f b_64.gro -o b_ec -d 0.5

grompp -f em -c b_ec -p b -o b_em -maxwarn 2
mdrun -deffnm b_em -v

genbox -cp b_em -p b -cs spc216 -o b_s

grompp -f pr -c b_s -p b -o b_pr -maxwarn 1
mdrun -deffnm b_pr -v

editconf -f b_pr.gro -o b_pr.pdb
editconf -f b_s.gro -o b_s.pdb

b_s.pdb

b_pr.pdb

ssh skif
mkdir Poverennaya
exit

cd ..
scp -r md/* skif:Poverennaya/

ssh skif
cd Poverennaya
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

mpirun  -np 16  -maxtime 1200  /home/golovin/progs/bin/mdrun_mpi -deffnm b_md -v

Анализ результатов.

Силовое поле, используемое при построении топологии, - ffgmx.
Размер и форма ячейки: прямоугольный параллелепипед со сторонами 6.26000, 4.44300 и 5.77800 нм.
Минимизация энергии:
- Алгоритм минимизации энергии:
```
integrator          =  l-bfgs
```
- Алгоритм расчёта электростатики:
```
coulombtype              = Cut-off
```
- Алгоритм расчета Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий:
```
vdw-type                 = Cut-off
```
Модель, которой описывался растворитель:
```
spc.itp
```
Утряска растворителя:
- Число шагов: 10000.
- Длина шага: 0.001 пс.
- Алгоритм расчёта электростатики:
```
coulombtype              = pme
```
- Алгоритм расчета Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий:
```
vdw-type                 = Cut-off
```
- Алгоритм термостата:
```
Tcoupl              =  Berendsen
```
- Алгоритм баростата:
```
Pcoupl              =  no
```
Основной расчёт МД:
- количество процессоров - 16.
- Длина траектории: 50 нс.
- Число шагов: 10000000.
- Длина шага: 0.005 пс.
- Алгоритм интегратора: md.
- Алгоритм расчёта электростатики:
```
coulombtype              = pme
```
- Алгоритм расчета Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий:
```
vdw-type                 = Cut-off
```
- Алгоритм термостата (контроль температуры "Velocity rescale"):
```
Tcoupl              =  v-rescale
```
- Алгоритм баростата:
```
Pcoupl              =  Berendsen
```

Визуальный анализ.
Начнем с визуального анализа движения молекул:
```
trjconv -f b_md.xtc -s b_md.tpr -o b_pbc_1.pdb -skip 20
```
При просмотре выходного файла в PyMol выяснилось, что некоторые атомы, расположенные на границе ячейки, переносятся на другую сторону ячейки, и поэтому всю ячейку пересекают длинные полосы. Т.к. это неудобно, 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
```
Выходной файл: b_pbc_1.pdb. Длинных полос здесь не образуется, все выглядит куда реалистичней. В результате сборки из липидов формируется длинный бислой:

Бислой начинает образовываться примерно с 30 номера модели, что соответствует времени 15000 фемтосекунд.
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 файле box_1.xvg содержатся размеры ячейки. В первой колонке приводится время, а в следующих трёх - размер ячейки (длины по каждым из осей). Нормалью является ось X.
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):

Как видно из графика, со временем площадь липида в бислое уменьшается, однако спад небольшой, и значение площади быстро стабилизируется. Средняя площадь 1 липида в бислое - приблизительно 0,7 нм².
Изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности.
Определим изменение гидрофобной и гидрофильной поверхностей в ходе самосборки:
```
g_sas -f b_md.xtc -s b_md.tpr -o sas_b.xvg
```
Выходной файл: sas_b.xvg. Он содержит данные о гидрофильной и гидрофобной поверхностях в каждый момент времени. Зависимость изменения гидрофобной (синяя) и гидрофильной (красная) поверхностей от времени (построена в Excel):

Как видно из графика, при образовании бислоя происходит уменьшение как гидрофобной, так и гидрофильной поверхностей. Такое уменьшение приводит к снижению энергии системы в водном растворителе.
Мера порядка.
Традиционной мерой оценки фазового состояния бифильных молекул является мера порядка. Для анализа был скачен специальный индекс-файл sn1.ndx. Запуск анализа для конца траектории:
```
g_order -s b_md -f b_md.xtc -o ord_end.xvg -n sn1.ndx -b 35000 -d X
```
Выходной файл: ord_end.xvg.
Для начала траектории:
```
g_order -s b_md -f b_md.xtc -o ord_start.xvg -n sn1.ndx -e 5000 -d X
```
Выходной файл: ord_start.xvg.
График с изображением меры порядка для разных атомов липида (с головки до хвоста) для начала траектории представлен ниже:

График для конца траектории:

Как видно, графики получились разные. Для начала траектории значения меры по мере продвижения от головки к хвосту, хоть и колеблятся, но в принципе возрастают, хвост двигается гораздо свободней головки. Для конца траектории график имеет более сглаженный вид. Но тенденция та же, атомы в хвосте липида более подвижны.

Меню

· Главная
· Результаты исследований
· Семестры
· Полезные ссылки
· Контакты