Молекулярная динамика биологических молекул в GROMACS

Целью этой работы является знакомство с возможностями моделирования молекулярной динамики.

В работе используются следующие типы файлов:

  • gro - файл с координатами системы
  • top - файл с описанием ковалентных и нековалентных взаимодействий в молекулах
  • mdp - файл с описанием параметров для работы молеклярно-механического движка
  • tpr - файл для молеклярно-механического движка по сути есть объединение gro, top и mdp
  • trr, xtc - файл с координатами после рассчёта

    • Моделирование перехода ДНК из А в В форму

    Для работы даны следующие файлы:

  • Координаты дуплекса ДНК, dna.pdb
  • файл параметров для минимизации энергии em.mdp
  • файл параметров для "утряски" воды pr.mdp pr.mdp
  • файл параметров для молекулярной динамики md.mdp

    • В файле dna.pdb удаляем 5'-фосфаты, прибавляем к названиям нуклеотидов D и заменяем названия атомов C5M на C7. Cтроим файл топологии системы в силовом поле amber99sb и файл с координатами в формате Gromacs.

    pdb2gmx -f dna.pdb -o dna -p dna -ff amber99sb -water tip3p

    Делаем небольшой отступ в ячейке от ДНК

    editconf -f dna.gro -o dna_ec -d 1.5

    И проводим оптимизацию геометрии системы, что бы удалить "плохие" контакты в молекуле 

    grompp -f em -c dna_ec -p dna -o dna_em -maxwarn 1
mdrun -deffnm dna_em -v

    Начальное значение максимальной силы 4.810e+03 on atom 12
    Конечное значение макимальной силы 1.323e+03 on atom 304

    Добавляем в ячейку молекулы воды

    genbox -cp dna_em -p dna -cs -o dna_s

    И нейтрализуем заряд системы. Это делаем в два шага: строим tpr и запускаем genion

    grompp -f em -p dna -c dna_s -o dna_s 
genion -s dna_s -o dna_si -p dna -np X

    X - это количество положительных ионов необходимых для нейтрализации заряда системы, равно 10. Проводим "утряску" воды:

    grompp -f pr -c dna_si -p dna -o dna_pr -maxwarn 1
mdrun -deffnm dna_pr -v

    Переформатируем dna_pr.gro и dna_si.gro в pdb формат

    editconf -f dna_pr.gro -o dna_pr.pdb
editconf -f dna_si.gro -o dna_si.pdb

    Слева изображение до "утряски", справа после. Как видно, в итоге вода расположена более упорядочно.

    Суперкомпьютер

    Первым делом копируем файлы

    scp -r ./Atrokhova/ skif:_scratch/fbb

    и запускаем тестовое моделирование на суперкомпьтере

    ssh skif
cd _scratch/fbb/Atrokhova
cp /home/users/golovin/progs/share/gromacs/top/residuetypes.dat .
cp -r /home/users/golovin/progs/share/gromacs/top/amber99sb.ff/ .
grompp -f md -c dna_pr -p dna -o dna_md -maxwarn 1
sbatch -n 4 -e error.log -o output.log -t 5 -p test impi /mnt/msu/users/fbbstudent/gmx-4.6.7-intel-impi-mkl-single/bin/mdrun_mpi -deffnm dna_md -v

    Получила номер, следить за ходом счета можно в файле error.log. Но так как задача тестовая, счет останавливается. Все хорошо.

    Теперь запускаем основное моделирование

    sbatch -N1 --ntasks-per-node=2 -e error-gpu.log -o output.log -t 350 -p gpu impi /opt/ccoe/gromacs-5.0.4/build/bin/gmx_mpi mdrun -testverlet -deffnm  dna_md -v

    Номер моей задачи: 1044993