Молекулярная динамика биологических молекул в GROMACS

Изучение результатов работы на суперкомпьютере

Любой анализ начинают с визуального анализа движений молекул! Вводим следующую команду:

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

Привожу полученный pdb файл. Надо понять, на каком этапе происходит переход из А в В форму. Вообще обе они правозакручены, но А считается более компактной. Если брать в расчет именно компактность, то уже на 5-6 модели ДНК переходит из А в B форму:

REMARK    GENERATED BY TRJCONV
TITLE     Protein in water t= 800.00000
REMARK    THIS IS A SIMULATION BOX
CRYST1   50.833   48.976   54.527  90.00  90.00  90.00 P 1           1
MODEL        5

Видно, что время моделирования - 0.8 нс. Теперь 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

Привожу файлы pdb файл и rms_2 Для большей наглядности были созданы два графика:

Вроде бы, ничем принципиальным графики не отличаются, по последнему графику видно, что квадратичное отклонение, действительно, становится меньше. Теперь определим изменение гидрофобной и гидрофильной поверхности в ходе конформационного перехода.

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

Получили файл sas_dna.xvg. И теперь построим зависимость изменения гидрофобной гидрофильной поверхностей доступных растворителю от времени.

Зеленым цветом показана гидрофильность, а красным - гидрофобность. Отчетливо видно, что гидрофобность (поверхности) остается неизменной, тогда как гидрофильность имеет пик ближе к концу. 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

Получился файл hbond_dna.xvg. Вот какая получилась зависимость:

Вообще, исходно в дуплексе было 14 водородных свзяей (так как последовательность одной из цепочек - GATCTA). На графике видно, что число водородных связей разбросано от 10 до 18, но это единичные выбросы, большая часть значений колеблется на уровне 12-15. Это близко к 14. Изменение в числе водородных связей вижно где-то посередине, но ближе к концу это значение возвращается к норме. Можно сделать вывод, что принципиально число водородных связей не меняется. Не менее интересно будет изучить количество вдородных связей ДНК-Вода!

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

Получился файл hbond_sol.xvg. А вот какая получилась зависимость:

Ну, здесь видно, что в конце графика среднее число водородных связей такое же, как и в начале. Это число колеблется в пределах 95-125, однако в самом начале и в конце это число приблизительно равно 110. Из этого можно сделать вывод, что небольшие изменения в количестве водородных связей не мешают ДНК перейти из одной формы в другую.