Saturu Kodomo

Анализ молекулярной динамики биологических молекул в GROMACS

Моделирование перехода ДНК из А в В форму

Начинаем с визуального анализа джижения молекул. Для этого конвертируем в pdb-формат:

trjconv -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o dna_pbc_1.pdb -skip 20 -pbc mol

Нам необходимо отметить, в какой момент происходит образование B-формы. Судя по всему это происходит уже на 5 модели (t= 800.00000).

Затем определяем средне-квадратичное отклонение в ходе моделирования. Так как у нас происходит конформационный переход, сначала расчитаем отклонение в ходе всей симуляции относительно стартовой структуры.

g_rms -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o rms_1

И относительно каждой предидущей структуры на растоянии 400 кадров. Если ближе к концу закончился конформационный переход, то отколнение должно уменьшаться.

g_rms -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o rms_2 -prev 400

В итоге я построила два графика (рис. 1 и 2). Как можно видеть, графики схожи, асредне-квадратичное отклонение с увеличением времени уменьшается, как и должно.

Рис. 1. Средне-квадратичное отклонение в ходе всей симуляции относительно стартовой структуры.

Рис. 2. Средне-квадратичное отклонение в ходе всей симуляции относительно стартовой структуры.

Далее определяем изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе конформационного перехода.

g_sas -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o sas_dna.xvg

Строим график (рис. 3). Зеленым отмечена гидрофильная поверхность, а фиолетовым гидрофобная. Гидрофобная на всем своем протяжении примерно одинакова, а гиброфильная имеет пик.

Рис. 3. Изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе конформационного перехода.

Традиционным анализом для ДНК является расчёт колчества образуемых водородных связей. Если мы будем исследовать связи между ДНК и ДНК, то это будут водородные связи между цепями ДНК. Для конца траектории:

g_hbond  -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -num hbond_dna

Судя по графику (рис. 4), значения водородных связей 11-17, но большая их часть 12-15. Можно сказать, что среднее кличество водородных связей между ДНК и ДНК 14.

Рис. 4. Количество образуемых водародных связей между ДНК и ДНК.

Не менее интересно будет изучить количество вдородных связей ДНК-Вода:

g_hbond  -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -num hbond_sol 

Получили график (рис. 5). В данном случае количество водородных связей колеблется от 95 до 126, среднее значение около 110. Судя по всему, малые изменения в количестве водородных связей не повлияют на переход ДНК из А в В форму.

Рис. 5. Количество образуемых водародных связей между ДНК и водой.

Таким образом, переход из А в В форму происходит при изменении количества водородных связей со средой (вода и, к примеру, спирт).