Анализ молекулярной динамики биологических молекул в GROMACS

Моделирование плавления альфа-спирального пептида в формамиде

Параметры:

Силовое поле используемое при построении топологии: AMBER99SB
Заряд системы: 0, т.к. в системе 2 аспартата, 1 аргинин и 1 Na+
Размер и форма ячейки: параллелепипед, 4nm x 4nm x 5nm
Минимизация энергии:
Алогритм минимизации энергии: l-bfgs
Алгоритм расчёта электростатики и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: Cut-off
Модель растворителя: TIP3P
Утряска растворителя:
Для биополимеров, укажите параметр который обуславливает неподвижность биополимера: constraints = all-bonds
Число шагов: 10000
Длина шага: 0.001 ps
Алгоритм расчёта электростатики: PME
Алгоритм расчёта Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: Cut-off
Алгоритм термостата: V-rescale
Алгоритм баростата: no
Основной расчёт МД:
Время моделирования, количество процессоров, эффективность маштабирования: 10 ч, 16 процессоров
Длина траектории: 20 ns
Число шагов: 10000000
Длина шага: 0.002 ps
Алгоритм интегратора: md
Алгоритм расчёта электростатики: PME
Алгоритм расчёта Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: Cut-off
Алгоритм термостата: V-rescale
Алгоритм баростата: Berendsen

1. Визуальный анализ движений молекул

MODEL 50, t= 9800.00000

0

1

2

3

4

чем дело кончилось

Сначала спираль просто дергается и думает, чтобы ей сделать, она как-то скукоживается (1). Потом она расправляется немного, витки увеличиваются (2). На 3-ем шаге начинается собственно расплетание, причем с N-конца (синий). Затем постепенно расплетаются почти все витки, спираль превращается в слабую волну (4). До конца, до прямой линии, спираль не раскручивается.

2. Определение средне-квадратичного отколнения в ходе моделирования

Oтносительно стартовой структуры

Oтносительно каждой предидущей структуры на растоянии 400 кадров

Если ближе к концу второго графика закончился конформационный переход, то отколнение должно уменьшаться. В моем случае, отклонение сначала падает, но в самом-самом конце опять вырастает. Видимо, конформационный переход не закончился.
На первом же графике все плавно поднимается, без резких скачков - спираль плавится постепенно.

3. Определение изменения гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе конформационного перехода

гидрофобная - красный
гидрофильная - зеленый
Постепенно изменяется гидрофильная часть - возрастает со временем, как раз когда начинается расплетаться N-конец спирали. Гидрофобная же поверхность не изменяется. Видимо, этим и объясняется конформационный переход.

4. Расчёт количества образуемых водородных связей

Связи между пептидом и пептидом

Пептид-формамид

Связей между пептидом и пептидом намного меньше, чем между пептидом и формамидом. Со временем связей пептид-пептид становится меньше, так как спираль расплетается и связи рвутся. Связей же пептид-формамид со временем получается больше, можно выделить невысокий пик - в момент начала расплетания спирали.

5. Зависимость вторичной структуры от времени

Обращаем внимание на синий цвет, который соответствует нашей расплетающейся спирали. Сначала много синего - спираль, потом все меньше и меньше и в итоге почти нет - расплелась и исчезла. Причем расплетаться начала с N-конца, так как синий сначала исчез снизу. Параллельно с исчезновением синего, появляется много зеленого - теперь вместо спиралей у нас изгибы и складки.