Kodomo

Пользователь

Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2010

Изучение работы методов контроля температуры в GROMACS

Отчёт по заданию должен появиться на сайте к следующему занятию.

Отчёт должен иметь ссылки на файлы с результатами счёта.

Традиционные ссылки на полезные ресурсы:

Вся работа по расчётам будет проходить на kodomo через терминал putty, а для работы с графическим выводом Gnuplot понадобится Xming.

Сегодня мы будем изучать как реализован контроль температуры в молекулярной динамике на примере GROMACS. Объект исследования это одна молекула этана.

  1. Начнем с того, что подготовим файл координат и файл топологии. В прошлом занятии Вам был предоставлен gro файл с 38 молекулами этана. Создадим индекс файл котором будет группа из одной молекулы этана. 

   1 make_ndx -f box_38.gro -o 1.ndx

После запуска команды у Вас появится приглашение к вводу. Сначала ознакомитесь с помощью нажав "h" + enter. Выберите остаток номер 1. Нажмите enter и вы увидите, что появилась новая группа. Теперь создадим gro файл с одной молекулой и зададим ячейку . При запуске ediconf выберите номер соответствующей группе из одной молекулы. 

   1 editconf -f box_38.gro -o et1.gro -n 1.ndx
   2 #зададим ячейку и расположим молекулу по центру ячейку
   3 editconf -f et1.gro -o et.gro -d 2 -c

Исправим файл топологии et.top из прошлого задания. В разделе [ molecules ] измените количество молекул этана.

  1. Вам даны 5 файлов с разными параметрами контроля температуры:

    • be.mdp - метод Берендсена для контроля температуры.

    • vr.mdp - метод "Velocity rescale" для контроля температуры.

    • nh.mdp - метод Нуза-Хувера для контроля температуры.

    • an.mdp - метод Андерсена для контроля температуры.

    • sd.mdp - метод стохастической молекулярной динамики.

Начиная с этого момента вы можете написать скрипт по работе с 5ю системами, а можете делать всё вручную.

  1. Очень краткое описание программ и типов файлов вы можете найти здесь Сначала надо построить входные файлы для молекулярно-динамического движка mdrun с помощью grompp: 

   1 grompp -f ${i}.mdp -c et.gro -p et.top -o et_${i}.tpr
   2 # где i: be,vr,nh,an,sd  см. выше список mdp файлов
   3

Задать i вне скрипта можно командой export i="be".

  1. У Вас должно получиться 5 tpr файлов. Теперь для каждого из них запустим mdrun. 

   1 mdrun -deffnm et_${i} -v -nt 1

  1. Теперь переходим к анализу результатов. Начнем с визуального анализа. Для каждой из 5 систем проведите конвертацию в pdb и просмотрите в PyMol. 

   1 trjconv -f et_${i}.trr -s et_${i}.tpr -o et_${i}.pdb

В отчёт занесите ваши наблюдения и предварительные выводы.

  1. Сравним потенциальную энергию связи и кинетическую энергию для каждой из 5 систем. 

   1 g_energy -f et_${i}.edr -o et_${i}_en.xvg

Постройте графики изменения энергий. Рекомендуемый вид это dot-plot. Графики добавьте в отчёт При использовании Gnuplot для построения графиков, перейдите в рабочую директорию и запустите Gnuplot: 

   1 set datafile commentschars "#@&"
   2 plot "./et_be_en.xvg" using 1:2,  "./et_be_en.xvg" using 1:3
   3 ....
   4 plot "./et_sd_en.xvg" using 1:2,  "./et_sd_en.xvg" using 1:3
  1. Рассмотрим распределение длинны связи С-С за время моделирования. Сначала создадим индекс файл с одной связью. В текстовом редакторе создайте файл b.ndx со следующим содержимым: 

   1 [ b ]
   2 1 2

И запустим утилиту по анализу связей g_bond: 

   1 g_bond -f et_${i}.trr -s et_${i}.tpr -o bond_${i}.xvg -n b.ndx

Постройте графики распределения длинн связей. Рекомендуемый вид это гистограмма или boxes в Gnuplot. Графики добавьте в отчёт

  1. Учитывая форму распределения Больцмана и все Ваши наблюдения сделайте вывод о том какой из методов позволяет наиболее реалистично поддерживать температуру в системе. Опишите найденные Вами недостатки предложенных алгоритмов. Постройте таблицу зависимости быстродействия от алгоритма.