Kodomo

Пользователь

Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2011

Занятие 2. Cеми-эмпирические вычисления: Mopac

Ваша рабочая директория: H:\Term6\Practice2. Отчёт по заданию должен появиться на сайте к следующему занятию. Необходимые сведения о работе с Mopac см. здесь. Вся работа по расчётам и конвертированию файлов будет проходить на сервере kodomo через putty. Начнём работу с установки переменных:

   1 export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin
   2 export MOPAC_LICENSE=/home/preps/golovin/progs/bin

Суть задания состоит в поэтапном освоении возможностей Mopac, как пакета для оптимизации структуры молекул и расчёта некоторых свойств.

  1. Прочитайте помощь к программе babel: babel -H. Найдите в интернете порфирин и его аннотацию в виде SMILES (например http://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI:8337). В рабочей директории создайте текстовый файл 1.smi где сначала SMILES порфирина, а через несколько пробелов просто porphyrin.
    На основе этого описания c помощью программы из openbabel можно построить 3D структуру порфирина:

   1     obgen 1.smi > 1.mol

Просмотрите полученную структуру в PyMol и удалите возможные ненужные водороды, сохраните результат как pdb. С помощью openbabel переформатируйте координаты в mol формате во входной файл для Mopac.

   1     babel -ipdb myfile.pdb -omop 1_opt.mop -xk "PM6"

С помощью -xk мы задали тип параметризации pm6.
Запустите Mopac :

   1     MOPAC2009.exe 1_opt.mop

Изучите файл вывода out. Для сравнение переформатируйте результат 1_opt.out в pdb:

   1     babel -imopout 1_opt.out -opdb 1_opt.pdb

Дополнительное упражение. Проведите оптимизацию с параметризацией AM1 , т.е. :

   1     babel -ipdb myfile.pdb -omop  1_opt.mop -xk "AM1"

Сравните структуры полученные obgen и разными способами в Mopac, выводы, картинки и наблюдения занесите в отчёт.


  1. Рассчитайте возбужденные состояния порфирина и на основе этих данных прикиньте спектр поглощения молекулы. Для расчёта возбуждённых состояний сделайте копию mop файла из предыдущего задания. Например 1_opt_spectr.mop. Для указания Mopac о необходимости расчёта возбуждённого состояния добавьте в конец файла:

cis c.i.=4 meci oldgeo
some description

Запустите Mopac:

   1     MOPAC2009.exe 1_opt_spectr.mop

Найдите в конце файла значения энергий для электронных переходов. На основании этих значений и простой формулы http://upload.wikimedia.org/math/2/5/2/252dadcde07fc3bb32ba42277d845707.png рассчитайте длину волн при которых происходят эти переходы. Пара ссылок в помощь.


  1. Для молекулы O=C1C=CC(=O)C=C1 определите геометрию как с помощью obgen так и Мopac (основные шаги см. выше). Определите геометрию дианиона этой молекулы. Для начала в первую строчку mop файла добавьте слово CHARGE=-2. Потом явным способом укажите на каких атомов по вашему мнению должен находиться отрицательный заряд. Пример:

    PM6 CHARGE=-2
    gg

    O(-)   0.98570 1  0.00130 1 -0.43680 1
    C   2.16830 1  0.00680 1 -0.12400 1
    ...........

Традиционно сравните молекулы. Рекомендую ball & stick отображение. Запишите ваши наблюдения и обсуждение в отчёт.


  1. Известно, что ультрафиолет может превращать тимины в тиминовые димеры, так же известно, что ДНК фотолиаза при облучении ультрафиолетом востановливает основания тиминов до нормального. Вам дан тиминовый димер

http://kodomo.fbb.msu.ru/FBB/year_08/term6/tdimer.png
Наша цель увидеть переход из димера в тимины при возбуждении системы. Так как вычесления вобуждённых состояний в MOPAC затруденены, мы имитируем возбуждение ионизируя оба кольца, т.е. указывая заряд системы +2. И полученое возбуждённое состояние снова оптимизируем при заряде 0.

  1. Проведите оптимизацию геометрии этого димера, при заряде системы 0.
  2. Проведите оптимизацию результата из пункта i. , при заряде системы +2.
  3. Проведите оптимизацию результата из пункта ii. , при заряде системы 0.

Сравните энерегии всех состояний. Опишите причину по которой по Вашему мнению возбуждённое состояние при добавлении электронов не перешло обратно в исходно состояние.

  1. Последнее задание самое сложное и поэтому дополнительное. Вам дана некоторая конформация где АТФ связывается с белком через координацию иона магния, но магния в самой структуре нет. Вам надо определить координацию иона Mg молекулами воды, белком и гамма-фосфатом.

    • Сначала надо добавить водороды, но для фосфатной группы важен рН среды. Эту операцию можно сделать с помощью babel.
    • Добавьте вручную в файл атом магния где-то меду гамма-фосфором и СА аспартата. Можно просто скопировать атом фосфора и поменять имя атома на Mg и поменять координаты как среднее арифметическое между координатами гамма-фосфора и СА аспартата.
    • Переведите полученные pdb координаты в форматы mop и xyz.
    • Следующим этапом будет указание запрета на движение для всех атомов кроме гамма фосфата, воды и магния. Этот шаг нам нужен для того, чтобы потом легко восстановить эту конформацию в белке. Для "заморозки атомов" надо в mop файле поменять 1 после координаты на 0. Пример:

    PM6 CHARGE=-3
    test

    N  -33.26800 0 25.03000 0  4.67600 0
    .......

  • Как удобно определить каким атомам надо разрешить двигаться? Откройте xyz файл в PyMol и отобразите labels как atoms id. Номер строчки с этим атомом в mop файле будет id+3. Таким образом установите у нужных атомов 1 по всем координатам.