Изучение работы методов контроля температуры в GROMACS

1.

Прежде всего был подготовлен файл координат и файл топологии:

Были выбраны опции r1 (выбор первого остатка), затем q - выход. Получен файл 1.ndx. Далее был создан gro файл с одной молекулой и была задана ячейка. При запуске ediconf выбран номер 3, соответствующей группе из одной молекулы.

Получен файл et.gro. Затем построен файл топологии et.top для этана.

2-4.

Использовались данные 5 файлов (i = be, vr, nh, an, sd) с разными параметрами контроля температуры. Сначала были построены входные файлы для молекулярно-динамического движка mdrun с помощью grompp:

В итоге получено 5 tpr файлов, для каждого из которых был запущен mdrun:

5.

Для каждой из 5 систем проведена конвертация файлов в pdb:

Полученные файлы: et_be.pdb (метод Берендсена), et_vr.pdb (Velocity rescale), et_nh.pdb (Нуза-Хувер), et_an.pdb (Андерсен), et_sd.pdb (стохастическая молекулярная динамика). Начальные состояния молекул в файлах идентичны, но движения молекулы этана в системах различны и представлены на видео ниже. Во всех методах, кроме Нуза-Хувера (видео 3), изменяются длины С-С связей и углы. Все методы, кроме метода Андерсена (видео 4), помимо колебательных, реализуют вращательные движения.

Видео 1. Метод Берендсена.

Видео 2. Метод "Velocity rescale".

Видео 3. Метод Нуза-Хувера.

Видео 4. Метод Андерсена.

Видео 5. Метод стохастической молекулярной динамики.

6.

Произведено сравнение потенциальной энергии связи и кинетической энергии для каждой из 5 систем:

Графики изменения энергий представлены на рис. 1. Видно, что значения специфически варьируют в зависимости от используемого метода.

Рис. 1. Значения потенциальной и кинетической энергии. A. Метод Берендсена. B. Velocity rescale. C. Нуза-Хувер. D. Андерсен. E. Стохастическая молекулярная динамика.

7-8.

Рассмотрели распределение длины связи С-С за время моделирования. Для этого был создан индекс файл с одной связью с заданным содержимым и была запущена утилита по анализу связей g_bond:

Графики распределения длинн связей представлены на рис. 2.

Рис. 2. Распределение длинн связей. A. Метод Берендсена. B. Velocity rescale. C. Нуза-Хувер. D. Андерсен. E. Стохастическая молекулярная динамика.

Из рассмотренных методов, метод "Velosity rescale" и метод стохастической молекулярной динамики дают графики наиболее близкие по форме к распределению Больцмана. Вероятно, они позволяют наиболее реалистично поддерживать температуру в системе. Однако метод стохастической молекулярной динамики дает гораздо более разнообразный набор положений молекулы этана по сравнению с методом "Velosity rescale" (видео 5 против видео 2).