Анализ молекулярной динамики биологических молекул в GROMACS (Анализ результатов моделирования поведения пептида в формамиде).

    Начнием просмотр результатов с изучения файла mdrun_mpi.out

  1. Bизуальный анализ движений молекул


    trjconv -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -o pep_pbc_1.pdb -skip 20 -pbc mol      На вопрос о выводе групп отвечаем Protein
    Для того, чтобы открыть pep_pbc_1.pdb в PyMol, скачаем его с суперкомпьютера:
    scp -r pep_pbc_1.pdb lynx@kodomo.fbb.msu.ru:lynx/md
    Для анализа сруктуры в PyMol необходимо включить анимацию. Результат визуализации неудовлетворителен: молеклу "болтает" по всему экрану. Поэтому введем:
    trjconv -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -o pep_fit_1.pdb -skip 20 -fit rot+trans      На вопрос о выводе групп отвечаем Protein

    Номер модели и время 1, t=0.00000 5, t=800.00000 10, t=1800.00000 15, t=2800.00000 20, t=3800.00000
    Модель
    Наблюдения α-спираль, 4 оборота Начинает плавиться N-конец Начинает плавиться С-конец Наиболее расплавленные структуры, у α-спирали 2-3 оборота
    Номер модели и время 25, t=4800.00000 30, t=5800.00000 35, t=6800.00000 40, t=7800.00000 45, t=8800.00000
    Модель
    Наблюдения Наиболее расплавленные структуры, у α-спирали 2-3 оборота
    Номер модели и время 50, t=9800.00000 55, t=108000.00000 60, t=118000.00000 65, t=128000.00000 70, t=138000.00000
    Модель
    Наблюдения Наиболее расплавленные структуры, у α-спирали 2-3 оборота
    Номер модели и время 74, t=14600.00000
    Модель
    Наблюдения α-спираль доконца не восстанавливается

    Для опредления соотвествия между номером модели и временем моделирования надо найти в pdb файле выражение "MODEL 50" (цифра 50 это и есть номер модели) и двумя строчками выше будет упоминание о времени моделирования.

  2. Определение средне-квадратичного отколнения в ходе моделирования

    Так как у нас происходит конформационный переход, сначала расчитаем отклонение в ходе все симуляции относительно стартовой структуры:
    g_rms -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -o rms_1      На вопрос о выводе групп отвечаем Backbone
    Значения средне-квадратичного отколнения:



    И относительно каждой предыдущей структуры на растоянии 400 кадров (eсли ближе к концу закончился конформационный переход, то отколнение должно уменьшаться):
    g_rms -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -o rms_2 -prev 400      На вопрос о выводе групп отвечаем Backbone



    Отклонение действительно уменьшилось.

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

    g_sas -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -o sas_pep.xvg      На вопрос о выводе групп отвечаем Protein
    Зависимость изменения гидрофобной гидрофильной поверхностей доступных растворителю от времени (красный - гидрофобная, зеленый - гидрофильная):



    gnuplot> set title "g_protein"
    gnuplot> plot "sas_pep.xvg" using 1:2 smooth csplines,\
    >"sas_pep.xvg" using 1:3 smooth csplines
    Возможные причины конформационного перехода:
    Пептид наиболее расплавлен где-то в середине моделирования (см. п.1), на графике видно что, гидрофильная поверхность максимальна и контактирует с растворителем. Степень взаимодействия и гидрофильной, и гидрофобной практически не изменяется за все время моделирования.
    Традиционным анализом является расчёт колчества образуемых водородных связей. Если мы будем исследовать связи между пептидом и пептидом, то это будут водородные связи в пептиде. Для конца траектории:
    g_hbond -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -num hbond_pep      На вопрос о выводе групп отвечаем Protein, затем Faormamid (13)
    Не менее интересно будет изучить количество вдородных связей пептид-формамид:
    g_hbond -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -num hbond_pep_sl      На вопрос о выводе групп отвечаем Protein
    Зависимость изменения гидрофобной гидрофильной поверхностей доступных растворителю от времени:



    По каноническим представлениям, при плавлении должно происходить уменьшение количества водородных связей, но здесь этого не видно.
    Конформационный переход также теоретически должен изменять количество водородных связей с растворителем, но это также не коррелирует с графиком.
  4. Т.к. у нас происходит разрушение вторичной структуры, то надо построить зависимость вторичной структуры от времени:
    export DSSP=/home/golovin/progs/bin/dsspcmbi
    do_dssp -f pep_md.xtc -s pep_md.tpr -o ss
    # Для просмотра переведём xpm в eps
    xpm2ps -f ss.xpm -o ss.eps -by 10



    Как и в п.1, на диаграмме видно, что в середине моделирования концевые участки пептида расплавились из альфа-спирали. Больше всего, как и в п.1, меняется С-конец.
© Anastasia Maslova, 2012