Анализ результатов плавления ДНК в формамиде

1. Общее описание системы

Силовое поле используемое при построении топологии - amber99sb
Заряд системы - -10 (обусловлен наличием фосфатов в ДНК, которые и вносят отрицательный заряд в систему). Для нейтрализации системы запускаем:
grompp -f em -p dna -c dna_s -o dna_s genion -s dna_s -o dna_si -p dna -np 10
Заряд системы 0. мы это произвели путем внесения 10 положиетльных зарядов в систему.
квадрат 5.01400nm *5.00700nm *5.26800nm- размер ячейки
Минимизация энергии:
integrator = l-bfgs (алгоритм минимизации энергии)
coulombtype = Cut-off (алгоритм рассчета электростатики)
vdwtype = Cut-off (алгоритм рассчета Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий)
Описание молекулы растворителя (формамид):

 

[ moleculetype ]
; molname       nrexcl
FAM             3

[ atoms ]
     1  N   1  FAM     N1      1    -0.9108    14.01000       ; amber N  type
     2  C   1  FAM     C2      2     0.6531    12.01000       ; amber C  type
     3  O   1  FAM     O3      3    -0.5717    16.00000       ; amber O  type
     4  H   1  FAM    H11      4     0.4223     1.00800       ; amber H  type
     5  H   1  FAM    H12      5     0.3865     1.00800       ; amber H  type
     6  H5  1  FAM     H2      6     0.0206     1.00800       ; amber H  type
[ bonds ]
    1   2
    2   3
    1   4
    1   5
    2   6
[ pairs ]
;  ai    aj funct            c0            c1            c2            c3
    3     4     1
    3     5     1
    6     4     1
    6     5     1
[ angles ]
;  ai    aj    ak funct            c0            c1            c2            c3
    3     2     1     1
    3     2     6     1
    6     2     1     1
    2     1     4     1
    2     1     5     1
    4     1     5     1
[ dihedrals ]
;   ai    aj    ak    al funct  definition
     3     2     1     4   9     
     3     2     1     5   9     
     6     2     1     4   9     
     6     2     1     5   9     
[ dihedrals ]
     6     1     2     3   4     
     2     4     1     5   4


парметр, определяющий фиксацию биополимера: define = -DPOSRES
Утряска растворителя:
количество шагов: 10000
длина шага: 0.001 ps (суммарно - 1.0ps)
Алгоритм расчета электростатики: coulombtype = pme
Алгоритм расчета Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: vdwtype = Cut-off
Алгоритм термостатат: Tcoupl = Berendsen
Алгоритм баростата: Pcoupl = no
Основной расчет МД:
количество процессоров: 16
длина траектории: 20ns
количество шагов: 10000000
длина шага: 0.002 ps
алгоритм интегратора: integrator = md
алгоритм расчета элкутростатики: coulombtype = pme
алгоритм расчета Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: vdwtype = Cut-off
алгоритм термостата: Tcoupl = v-rescale
алгоритм баростата: Pcoupl = Berendsen

2. Детальное исследование результатов моделирования

Визуальный анализ
dna_pbc_1.pdb- результат визуализации моделирования. Первая нуклеотидная пара нарушается уже на 2ой модели (t=200.00000 фс) На последней моделе (101, t=20000.00000) разрушено всего две нуклеотидные пары, и начинают разрушаться отсальные (выводятся из нормального стэкинг взаимодествия). Видимо, время выбранное для моелирования недостаточно, для осуществления полного плавления олигонуклеотида в формамиде. При этом нарушение второй пары происходит (процесс начинается намного раньше, но полностью пара разрушается лишь к этому моменту времени) на 57 модели (t= 11200.00000).
Средне-квадратичное отклонение
Так как у нас происходит конформационный переход, сначала расчитаем отклонение в ходе всей симуляции относительно стартовой структуры.

И относительно каждой предидущей структуры на растоянии 400 кадров

На втором графике видно, что действительно происходит снижение значений, но все-таки они не стабильны, что говорит о неоконченности плавления.
Изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе моелирования

зеленые крестики - гидрофильная поверхность; красные - гидрофобные
из графика видно, что со значениями гидрофобной поверхности значительных изменений не происходит (что и логично), а вот в случае гидрофильной поверхности все гораздо более интересно:
видно, что ее значение изменяется с 15.2297 единиц (начало моделирования) на 18.4922 в конце моделирования (хотя в ходе моделирования наблюдались и большие значения, вплоть до 19.7127 (с чем связано уменьшение этого параметра будет рассмотрено ниже). это происходит в результате вывода гетероциклических оснований (содержащих амино-группы в совем составе) из среды недоступной растворителю (образования водородных связей и стэкинг-взаимодействий между основаниями не позволяет проникать молекулам растворителя) в среду, доступную растворителю.
По этому графику с легкостью можно определить моменты времен распада первой нуклеотидной пары (полностью распадается в районе 1000 фс (наблюдаем резкий скачок)) и распад второй пары (скачок в раоне 11000-12000 фс) (более точно назвать это время не позволяет шкала). Выше описанное падение (с 19.7127 до 18.4922) может быть объяснено следующим фактом: происходит формирование водородных связей между двумя основаниями одной цепи


модель №90	модель №100


Водородные связи
На ниже приведенном графике представлена зависимость количество водородных связей в системе от времени моделирования.

Видно, что в ходе моделирования количество водородных связей снижается (начальное количество 14 - соответствует количеству правильных Н-связей для олига GATCTA). Это также свидетельствует о плавлении ДНК


---

©Анисенко Андрей