Занятие 7. Моделирование самосборки липидного бислоя из случайной стартовой конформации.

Цель: ознакомится с возможностями моделирования молекулярной динамики.

Полезные ссылки:

Уроки по работе с GROMACS находятся здесь.
Сведения о работе с Gnuplot см. здесь.
Введения о скриптовании в Bash здесь.
Ведения о awk здесь

Вся работа по расчётам будет проходить на kodomo через терминал putty, а для работы с графическим выводом Gnuplot понадобится Xming.
В этом занятии мы будем пользоваться пакетом молекулярной динамики Gromacs. Это программное обеспечение распространяется под лицензией
GPL, т.е. пользователь может скачать исходный код и свободен его изменять по своему усмотрению

Общая информация

Типы файлов:

1. gro - файл с координатами системы.
2. top - файл с описанием ковалентных и нековалентных взаимодействий в молекулах.
3. mdp - файл с описанием параметров для работы молекулярно-механического движка.
4. tpr - файл для молекулярно-механического движка по сути есть объединение gro, top и mdp.
5. trr, xtc - файл с координатами после расчёта.

Основные программы из пакета, которые будут использованы на занятии:

Программы запускаются в командной строке Linux, флаги запуска программ начинаются с -, например -f. Как правило после флага следует либо имя файла, либо значение параметра.

1. editconf - манипуляция форматом координат и самими координатами.

editconf -f my.gro -o my.pdb

2. genbox - наполнение ячейки растворителем.

genbox -cp my.gro -cs mysolvent.gro -p my.top -o my_solvated.gro

3. genion - утилита для замены n молекул растворителя на ионы.

genion -s my.tpr -np 10 -p my.top -o my_ions.gro
-np это добавить 10 положительно заряженых ионов

4. grompp - объединение и проверка gro, top и mdp в tpr.

grompp -f my.mdp -c my.gro -p my.top

5. mdrun - молеклярно-механический движок. На входе принимает tpr файл.

mdrun -deffnm my.tpr

здесь параметр -deffnm означает, что выходные файлы будут называться как и входной файл, только с другими расширениями.

Всю работу проводим на компьютере 172.16.0.140
После запуска задачи нахождение её в очереди можно посмотреть с помощью: tasks -o

Подготовка к запуску работы на суперкомпьютере.

Создадим рабочую директорию на диске Н в формате: Ivanov/md

Есть готовые файлы:
- дополнительной топологии для липида DPPC, dppc.itp.
- параметры для липидов lipid.itp.
- координаты одного липида dppc.gro.
- Файл-заготовка топологии системы b.top.
- файл параметров для минимизации энергии em.mdp.
- файл параметров для "утряски" воды pr.mdp pr.mdp.
- файл параметров для молекулярной динамики md.mdp

На основе одного липида созадим ячейку с 64 липидами:
```
genconf -f dppc.gro -o b_64.gro -nbox 4 4
```

С помощью editconf преобразуем dppc.gro и b_64.gro в pdb файлы:

Затем в файле b.top установливаем правильное количество липидов (64) в системе.
Сделаем небольшой отступ в ячейке от липидов, что бы добавить примерно 2500 молекул воды.

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

Проведём оптимизацию геометрии системы, чтобы удалить "плохие" контакты молекул.

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

В ходе оптимизации геометрии изменяется значение силы действующей на молекулы, значения начальное и конечное максимальной силы 4.37970e+05 и 6.4541919e+02 .

Добавим в ячейку молекулы воды типа spc.

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

Проведём "утряску" воды:

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

Переформатируем b_pr.gro и b_s.gro в pdb файлы:

Видим, что утряска воды приводит к изменению конформации липидов. Вода начинает находиться в пространсве между липидами.

Теперь cкопируем файлы на суперкомпьтер, но для этого сначала зайдем на суперкомпьтер, создадим папку с фамилией и вернёмся на kodomo.

ssh skif
mkdir Piskunova
exit

После этого копируем файлы:

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

Запускаем тестовое моделирование на суперкомпьтере.

ssh skif
cd Piskunova
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

Необходимо запомнить номер задачи.Просмотреть ход счёта можно в файле mdrun_mpi.out-номер.

less mdrun_mpi.out-номер
Нажмите shift и . для перехода в конец файла.

Если файл не содержит ошибок, то переходим дальше:

Запускаем основное моделирование на суперкомпьтере.

mpirun  -np 16  -maxtime 1200  /home/golovin/progs/bin/mdrun_mpi -deffnm b_md -v
less mdrun_mpi.out-....
Нажмите shift и . для перехода в конец файла.