Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2011

Семестры Студенты Преподаватели

• 2024
• 2023
• 2022
• 2021
• 2020
• 2019
• 2018
• 2017

• ...

Изучение работы методов контроля температуры в GROMACS

Отчёт по заданию должен появиться на сайте к следующему занятию.

Традиционные ссылки на полезные ресурсы:

• Уроки по работе с GROMACS находятся здесь.

• Необходимые сведения о работе с GAMESS см. здесь.

• Сведения о работе с Gnuplot см. здесь.

• Введение в скриптовании в Bash здесь.

• Ведения о awk здесь.

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.

a) В прошлом занятии Вам был предоставлен gro файл(http://kodomo.fbb.msu.ru/FBB/year_08/term6/box_38.gro) 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

• b) Построим файл топологии et.top для этана, который выгляди примерно так:

  • #include "/usr/share/gromacs/top/oplsaa.ff/forcefield.itp"
    
    [ moleculetype ]
    ; Name            nrexcl
    et            3
    
    [ atoms ]
    ;   nr  type  resnr  residue  atom   cgnr     charge       mass
        1   CX      1    ETH      C1      1    -0.189      12.01
        2   CX      1    ETH      C2      2    -0.155      12.01
        3   HX      1    ETH      H1      3     0.0059       1.008
        4   HX      1    ETH      H2      4     0.0059       1.008
        5   HX      1    ETH      H3      5     0.0059       1.008
        6   HX      1    ETH      H4      6     0.0056       1.008
        7   HX      1    ETH      H5      7     0.0056       1.008
        8   HX      1    ETH      H6      8     0.0056       1.008
        
    [ bonds ]
    ;  ai    aj funct  b0       kb
         1   2   1  
         1   4   1  
         1   5   1  
         2   6   1
         2   7   1  
         2   8   1 
    [ angles ]
    ;  ai    aj    ak funct  phi0   kphi
    ;around c1
        3     1     4     1  
        4     1     5     1  
        3     1     5     1  
        2     1     3     1  
        2     1     4     1  
        2     1     5     1  
    ;around c2
        1     2     6     1   
        6     2     8     1   
        6     2     7     1   
        7     2     8     1   
        1     2     7     1  
        1     2     8     1  
    [ dihedrals ]
    ;  ai    aj    ak    al funct  
        3    1     2     6      1  
        3    1     2     7      1 
        3    1     2     8      1  
        4    1     2     6      1  
        4    1     2     7      1  
        4    1     2     8      1  
        5    1     2     6      1 
        5    1     2     7      1  
        5    1     2     8      1  
    [ pairs ]
    ;  ai    aj funct
       3  6
       3  7
       3  8
       4  6
       4  7
       4  8
       5  6
       5  7
       5  8
    
    [ System ]
    ; any text here
    first one
    [ molecules ]
    ;Name count
     et    1

Этот вариант тпологии работать не будет, надо изменить типы атомов.

Вам придется угадать типы атомов из файла на kodomo:

/usr/share/gromacs/top/oplsaa.ff/atomtypes.atp

Проверить правильность, предварительно скачав be.mdp, выбора можно так:

grompp -f be.mdp -c et.gro -p et.top -o et_test.tpr

2. 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.

3. 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".

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

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

5. 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.

6. 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

7. 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

8. 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.