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Gromacs动力学模拟
实验要求:
实验步骤:
- 加力场。
gmx pdb2gmx –h 打开帮助菜单。 选力场的时候选择 Amber99sb…,溶剂类型选Tip3p。 - 加模拟盒子。
gmx editconf -bt ( boxtype: 做三个盒子的对比cubic/triclinic/dodecahedron ), -d 1.0 , 比较三种类型的盒子水分子数目差别。 - 加溶剂。
Gmx solvate –h - 做能量优化。 参数文件:em.mdp(可从官网上下载) etol: 500,达到收敛,实验完成。
- 平衡体系,将体系升温。 从0K升温到300K,在30ps内完成。
- 动力学模拟采样。模拟时间:1ns,步长:2fs。坐标保存的频率为每100ps保存一帧结果,整个轨迹共200个frame.
- 结果分析:
7.1. 全体系的alpha-C原子的均方根偏差(RMSD)结果获取及分析,g_rmsd。
7.2. 全体系的alpha-C原子的均方根涨落(RMSF)结果获取及分析, g_rmsf。
7.3. 体系的总势能变化曲线分析,采用g_energy命令。
7.4. 分析蛋白质的回旋半径变化,采用g_gyrate命令
7.5. 分析溶剂的可及表面积(SASA),采用g_sas命令
7.6. 将采样最后的构象与初始构象进行叠加比较,分析构象的变化情况。
7.7. 从模拟的轨迹中将体系中的蛋白质单独取出来,另存为一个轨迹文件protein.xtc, 用VMD的插件”movie maker”做成一个小电影。
二、操作过程记录及结果
总体流程图
图表 1流程
1、加力场
输入如下命令,在命令行的交互式操作中,选择力场(输入5)AMBER99SB protein,选择溶剂模型(输入1):TIP3P
gmx pdb2gmx -f 5mgh_pro.pdb -o conf.gro -p topol.top
图表 2 加力场命令
2、加盒子
输入如下命令:分别加三个模拟盒子,比较三种类型的盒子水分子数目差别。
gmx editconf -f conf.gro -bt cubic -d 1.0 -o cubic_out.gro gmx editconf -f conf.gro -bt triclinic -d 1.0 -o triclinic_out.gro gmx editconf -f conf.gro -bt dodecahedron -d 1.0 -o dodecahedron_out.gro
3、加溶剂
输入如下命令:
gmx solvate -cp cubic_out.gro -o cubic.pdb -p topol.top gmx solvate -cp triclinic_out.gro -o triclinic.pdb -p topol.top gmx solvate -cp dodecahedron_out.gro -o dodecahedron.pdb -p topol.top
立方体盒子里的水分子最多。
4、做能量优化
gmx grompp -f em.mdp -c cubic.pdb -p topol.top -o cubic_em
图表 3 检测结果
添加离子
发现总共是6个负电荷,需要加6个正电荷
添加离子命令:
gmx genion -s cubic_em.tpr -o ION.gro -p topol.top -np 6 -pname NA
再次检测离子平衡
再次使用新的文件ION.gro进行检测:
gmx grompp -f em.mdp -c ION.gro -p topol.top -o cubic_em.tpr
图表 4 再次检测
能量最小化
gmx mdrun -s cubic_em.tpr -deffnm cold –v
能量查看(potential)
gmx energy -f cold.edr -o cold.xvg
图表 5 低温能量
将cold.xvg导入WPS绘制表格,确实能量在降低
5、体系升温
体系升温
gmx grompp -f upgrade.mdp -c cold.gro -p topol.top -o cubic_em_hot.tpr gmx mdrun -s cubic_em_hot.tpr -v -deffnm hot
能量查看(temperature)
gmx energy -f hot.edr -o hot.xvg
图表 7 高温能量
将hot.xvg导入WPS绘图,发现确实升温到了300k
6、采样
体系采样
gmx grompp -f sample.mdp -c hot.gro -p topol.top -o cubic_em_hot_sample.tpr gmx mdrun -s cubic_em_hot_sample.tpr -v -deffnm hot_sample
能量查看(temperature)
gmx energy -f hot_sample.edr -o hot_sample.xvg
结果分析与讨论
全体系的alpha-C原子的均方根偏差(RMSD)结果获取及分析
gmx rms -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot_sample.trr -o rmsd.xvg
图表 10均方根偏差
全体系的alpha-C原子的均方根涨落(RMSF)结果获取及分析
gmx rmsf -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot.xtc -o rmsf.xvg
图表 11均方根涨落
体系的总势能变化曲线分析
gmx energy -f hot_sample.edr -o potential.xvg
由于采样只选了0.1纳秒,不足1纳秒,所以总势能变化看上去有一点点像在上升,其实如果继续模拟,应该是在波动而已。
图表 12总势能变化
分析蛋白质的回旋半径变化(只绘制了半径的曲线图)
gmx gyrate -f hot_sample.trr -s cubic_em_hot_sample.tpr -o gyrate.xvg
图表 13回旋半径
分析溶剂的可及表面积(SASA)
gmx sasa -f hot_sample.trr -s cubic_em_hot_sample.tpr -o area.xvg
图表 14表面积
将采样最后的构象与初始构象进行叠加比较,分析构象的变化情况。RMSD不是很高,变化不太大。
gmx confrms -f1 ION.gro -f2 hot_sample.gro -o fit.pdb
图表 15构象叠加比较
VMD小电影制作
从模拟的轨迹中将体系中的蛋白质单独取出来,另存为一个轨迹文件protein.xtc, 用VMD的插件“movie maker”做成一个小电影。(以下命令选取其一即可)
gmx trjconv -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot_sample.trr -o pengpeng.pdb gmx trjconv -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot_sample.trr -o pengpeng.trr
附录
Gromacs相关命令
gmx pdb2gmx -f 5mgh_pro.pdb -o conf.gro -p topol.top gmx editconf -f conf.gro -bt cubic -d 1.0 -o cubic_out.gro gmx editconf -f conf.gro -bt triclinic -d 1.0 -o triclinic_out.gro gmx editconf -f conf.gro -bt dodecahedron -d 1.0 -o dodecahedron_out.gro gmx solvate -cp cubic_out.gro -o cubic.pdb -p topol.top gmx solvate -cp triclinic_out.gro -o triclinic.pdb -p topol.top gmx solvate -cp dodecahedron_out.gro -o dodecahedron.pdb -p topol.top wget http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/complex/Files/em.mdp gmx grompp -f em.mdp -c cubic.pdb -p topol.top -o cubic_em gmx genion -s cubic_em.tpr -o ION.gro -p topol.top -np 6 -pname NA gmx grompp -f em.mdp -c ION.gro -p topol.top -o cubic_em.tpr gmx mdrun -s cubic_em.tpr -deffnm cold -v gmx energy -f cold.edr -o cold.xvg 依据mdout.mdp参数,生成upgrade.mdp gmx grompp -f upgrade.mdp -c cold.gro -p topol.top -o cubic_em_hot.tpr gmx mdrun -s cubic_em_hot.tpr -v -deffnm hot gmx energy -f hot.edr -o hot.xvg gmx grompp -f sample.mdp -c hot.gro -p topol.top -o cubic_em_hot_sample.tpr gmx mdrun -s cubic_em_hot_sample.tpr -v -deffnm hot_sample gmx energy -f hot_sample.edr -o hot_sample.xvg gmx rms -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot_sample.trr -o rmsd.xvg gmx rmsf -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot.xtc -o rmsf.xvg(选择C-alpha) gmx energy -f hot_sample.edr -o potential.xvg gmx gyrate -f hot_sample.trr -s cubic_em_hot_sample.tpr -o gyrate.xvg gmx sasa -f hot_sample.trr -s cubic_em_hot_sample.tpr -o area.xvg gmx confrms -f1 ION.gro -f2 hot_sample.gro -o fit.pdb gmx trjconv -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot_sample.trr -o pengpeng.pdb gmx trjconv -s cubic_em_hot_sample.tpr -f hot_sample.trr -o pengpeng.trr
mdp文件重要参数
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