Занятие 8.

Пакет программ Gromacs предоставляет много инструментов для анализа траекторий и свойств динамики. Суть любого анализа сводится к пониманию специфики динамики конкретной системы.
Результаты анализа, выдаваемые GROMACS, имеют расширение xvg (программа GRACE), но формат самих файлов текстовой, так что построение графиков можно делать в gnuplot,excel. Для gnuplot надо задать:
set datafile commentschars "#@&"
Часто в файлах есть более, чем два столбца построение первых двух столбцов в gnuplot тогда будет:
plot "file.xvg" using 1:2 with lines
Наблюдения:
  • Силовое поле, используемое при построении топологии - ffgmx
  • Заряд системы - 0
  • Размер и форма ячейки - 6.26000 x 4.44300 x 5.77800 нм
  • Минимизация энергии (em.mdp):
    • алгоритм минимизации: integrator = l-bfgs
    • алгоритм расчёта электростатики: coulombtype = Cut-off
    • алгоритм расчёта 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 (md.mdp):
    • Количество процессоров - 16
    • Длина траектории - 50000.0 ps
    • Число шагов - 10000000
    • Длина шага - 0.005
    • Алгоритм интегратора - integrator = md
    • Алгоритм расчёта электростатики - coulombtype = pme
    • Алгоритм расчёта Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий - vdw-type = Cut-off
    • Алгоритм термостата - Tcoupl = v-rescale
    • Алгоритм баростата - Pcoupl = Berendsen

  • Любой анализ начинается с визуального анализа движений молекул (на вопрос о выводе групп выбераем DPPC). 
       trjconv -f b_md.xtc -s b_md.tpr -o b_pbc_1.pdb -skip 20
    Откроем b_pbc_1.pdb в PyMol , (не забываем включить анимацию). Не устроил результат визуализации - пробуем: 
       trjconv -f b_md.xtc -s b_md.tpr -o b_pbc_2.pdb -skip 20 -pbc mol
    Файл. Образование бислоя наблюдается у 30 номера модели. Время моделирования t= 15000 фемтосекунд:



  • Определим площадь, занимаемую одним липидом. Для этого получим размеры ячейки из траектории:

    g_traj -f b_md.xtc -s b_md.tpr -ob box_1.xvg

    В файле box_1.xvg в первой колонке содержится время, в трёх следующих - размеры ячейки (по каждой из осей). После измерения бислоя в PyMol, определим, что нормалью к поверхности бислоя является ось X (первая).

    Построим зависимость площади, занимаемой 1 липидом, от времени в Exel:

    Площадь, нормированная на 1 липид в бислое, в квадратных нанометрах по соответствующим осям вычисляется как произведение длин по осям, не являющимися нормалью к поверхности бислоя, деленным на 32 (среднее количество молекул липидов в одном слое). Средняя площадь 1 липида в бислое - приблизительно 0,7 нм2. Эта величина меняется со временем моделирования, скачок в конце связан с появлением группы липидов вне слоя.

    Определим изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе самосборки:

    g_sas -f b_md.xtc -s b_md.tpr -o sas_b.xvg

    Получили следующий файл.

    В Exel построим зависимость изменения гидрофобной и гидрофильной поверхностей, доступных растворителю от времени.

    Движущей силой образования бислоя служит уменьшению энергии системы, происходящее из-за уменьшения как гидрофобной, так и гидрофильной поверхности,

    Традиционной мерой оценки фазового состояния бифильных молекул является мера порядка.

    Для анализа нам понадобится специальный индекс файл.

    Запустим анализ. Для конца траектории:

    g_order -s b_md -f b_md.xtc -o ord_end.xvg -n sn1.ndx -b 45000 -d X

    И для начала траектории:

    g_order -s b_md -f b_md.xtc -o ord_start.xvg -n sn1.ndx -e 5000 -d X

    Построим зависимости меры порядка для разных атомов липида (с головки до хвоста) на основе выходных файлов: ord_end.xvg, ord_start.xvg.

    Для начала траектории:

    Для конца траектории:

    Графики имеют примерно одинаковый вид. Сначала головы липидов подвижны, затем следует менее подвижная структура хвостов, которые образуют бислой, а потом атомы очень подвижные внутри бислоя. Бислой имеет практически сформированную структуру в конце траектории. Здесь подвижность атомов молекул липидов падает, по сравнению с началом траектории, когда структуры еще не сформированно.
     


    <<Обратно на шестой семестр
    <<Обратно на главную страницу

    ©Лелекова Мария,2011