Моделирование перехода ДНК из А в В форму

На предыдущем практикуме были выполнены все шаги, описанные в задании 7:
"Молекулярная динамика биологических молекул в GROMACS" Результаты были скачены с суперкомпьютера.
Изменение максимальной силы в ходе оптимизации геометрии:
начальное значение максимальной силы = Step 0 Fmax = 4.02438e+03;
конечное значение максимальной силы = Step 86 Fmax = 2.12381e+03.

Анализ

• Силовое поле используемое при построении топологии: amber99sb
• Заряд системы: был -10(ДНК отрицательно заряжена), стал 0, так как мы его нейтрализовали.
• Размер и форму ячейки: кубическая 5.01400 x 5.00700 x 5.26800
• Минимизация энергии:
  • Алогритм минимизации энергии: integrator = l-bfgs; Goldfarb-Shanno (квази-Ньютоновский), метод аппроксимирует Гауссиановскую матрицу из предыдущих конфигураций
  • Алгоритм расчёта электростатики и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: cut-off ("двойное обрезание").
• Модель, которой описывался растворитель: implicit_solvent = No, то есть ЯВНЫЙ
• Утряска растворителя:
  • Число шагов: nsteps = 10000
  • Длина шага: delta_t = 0.001 (ps)
  • Алгоритм расчёта электростатики и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: pme (суммирование по Эвальду)
  • Алгоритмы термостата и баростата: температура Berendsen, контроля давления не проиходило
• Основной расчёт МД:
  • Время моделирования, количество процессоров, эффективность маштабирования.
  • Число шагов: 5000000
  • Длина шага: 0.002 ps
  • Алгоритм интегратора: md
  • Алгоритм расчёта электростатики и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий: pme и cutt-off
  • Алгоритмы термостата и баростата: Berendsen

Любой анализ начинаем с визуального анализа движений молекул. При вопросе о выводе групп выбераем DNA.

trjconv -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o dna_pbc_1.pdb -skip 20 -pbc mol

Открываем b_pbc_1.pdb в PyMol.
В ролике молекула мечется по экрану, пробуем:

trjconv -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o dna_fit_1.pdb -skip 20 -fit rot+trans

Открываем dna_fit_1.pdb в PyMol.
ДНК уже не мечется по экрану, правда в какой-то момент кажется, что цепи почему-то расходятся, но если рассмотреть ДНК относительно введенной нами ячейки, то понятно, что молекула просто выходит за ее границы и появляется с другой стороны.

Мне кажется, что в состоянии 5 ДНК уже похожа на В-форму.

TITLE     Protein in water t= 800.00000
REMARK    THIS IS A SIMULATION BOX
CRYST1   50.033   49.963   52.568  90.00  90.00  90.00 P 1           1
MODEL        5

Время моделирования 0,8 нс.

Определим средне-квадратичное отколнение в ходе моделирования. Так как у нас происходит конформационный переход сначала расчитаем отклонение в ходе всей симуляции относительно стартовой структуры.

g_rms -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o rms_1

И относительно каждой предидущей структуры на растоянии 400 кадров. Если ближе к концу закончился конформационный переход, то отколнение должно уменьшаться.

g_rms -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o rms_2
 -prev 400

Графики выглядят почти одинакого, но можно заметить, что к концу временной шкалы во втором случае квадратичное отклонение, действительно, становится меньше.

Определим изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе конформационного перехода.

g_sas -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -o sas_dna.xvg

В полученном файле второй и третий столбцы -- гидрофобная и гидрофильная посверхности соответственно.

ДНК находится в воде. К концу временного промежутка гидрофобная поверхность незначительно снижается, видимо, это способствует конформационному переходу.

Традиционным анализом для ДНК является расчёт колчества образуемых водородных связей. Если мы будем исследовать связи между ДНК и ДНК, то это будут водородные связи между цепями ДНК. Для конца траектории:

g_hbond  -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -num hbond_dna

Вообще в каноническом дуплексе между цепями должно быть 14 связей, а тут мы видим значения от 12 до 15, что недалеко от 14. Правда имеются выбросы вплоть до 10 или 17, но, возможно, это связано с ошибками. Среднее значение колеблется между 13 и 14, и будем считать, что оно мало изменяется во времени.

Не менее интересно будет изучить количество вдородных связей ДНК-Вода

g_hbond  -f dna_md.xtc -s dna_md.tpr -num hbond_dna_sol

Количество водородных связей варьирует от 95 до 124 и вцелом незначительно изменяется с течением времени. Видимо, небольшие изменения в количестве водородных связей не мешают ДНК перейти из одной формы в другую.

---

© Sheckhireva Ksenya