Изучение работы методов контроля температуры в молекулярной динамике

Получился следующий файл с топологией
(делала на kodomo, до того как он упал)

Загрузим для работы 5 конфигурационных файлов с разными алгоритмами 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.

Сделаем входные файлы для молекулярно-динамического движка mdrun с помощью grompp
(ячейки ниже запускались на kodomo до того, как он упал (перенесла строки в другой ноутбук))

Ячейка ниже запускалась на kodomo до того, как он упал (перенесла строки в другой ноутбук):

Посмотрим, что у нас получилось, в PyMol

Метод Берендсена

Метод Андерсена

Метод Нуза-Хувера

Velocity rescale

Метод стохастической MD

По траекториям мы видим следствие разного контроля температуры. Примечаательно, что при использовнии термостата Андерсена наша молекула практически "заморожена". В случае со стохастической MD результат противоположный - система перегревается. В случае с термостатом Берендсена молекула вращается неупорядоченно, не пребывая большей части времени в выгодной конформации, что тоже не вполне правильно.

Микровывод:

Как мы видим, никаких вращений метильных групп не происходила, только флуктации длины связи С-С (и углов). Термостат удерживает энергии на низких значениях - молекула действительно "подморожена"

Микровывод:

При использовании данного термостата молекула этана "не различала" свои состояния и метильные группы вращались равномерно. Мы видим, что флуктация энергии с течением времени симуляции уменьшается, приходя к относительно постоянному значению.

Микровывод:

Наблюдаются несколько более значимые флуктации энергии по сравнению с термостатами Андерсена и Берендсена. Тем не менее, "общий тренд" кажется постоянным.

Микровывод:

Разброс значений энергий также, как и в Velocity Rescale побольше, чем в случае с термостатами Андерсена и Берендсена.

Микровывод:

Наблюдается самый большой разброс значений энергии системы. Молекула исследует более широкий спектр энергетических состояний, периодически система будто бы остужается.

Рассмотрим распределение длинны связи С-С за время моделирования

В целом, все методы дали достаточно осмысленные результаты по длине связи С-С. По виду гистограммы, построенной для термостата Андерсена можно сказать, что он исследовал достаточно небольшое пространство длин связей. Также кажется, что распределение длин связей для метода "Velocity rescale" несколько сдвинуто в область более высоких значений.

Распределение Больцмана:

%D0%B8%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5.png

Из всех изображенных распределений наиболее приближенные картины дают те, что были получены с использованием методов Нуза-Хувера, Стохастической MD, "Velocity rescale".

Таблица зависимости быстродействия от алгоритма