Практические занятия для курсов по Моделированию нано- и биоструктур¶

Упоров И.В., Головин А.В.¶

Презентации к лекциям¶

• [[%ATTACHURL%/l1.pdf][ Лекция 1]]

• [[%ATTACHURL%/l2.pdf][ Лекция 2]]

Практическое занятие по молекулярной динамике в курсе моделирования нано- и биоструктур¶

Цель данного занятия ознакомится с возможностями моделирования молекулярной динамики.

В этом занятии мы будем рользоваться пакетом молекулярной динамики Gromacs. Это программное обеспечение распостраняется под лицензией GPL, т.е. пользователь может скачать исходный код и свободен его изменять по своему усмотрению.

---

Общие положения¶

Подсказки по использованию оболчки bash в Linux.

Вы будете работать на машине с адресом 172.16.0.140. Ваши результаты будут доступны из папки skif на диске Н:.

Типы файлов:

• gro - файл с координатами системы.

• top - файл с описанием ковалентных и нековалентных взаимодействий в молекулах.

• mdp - файл с описанием параметров для работы молеклярно-механического движка.

• tpr - файл для молеклярно-механического движка по сути есть объединение gro, top и mdp.

• trr, xtc - файл с координатами после рассчёта.

---

Основные программы из пакета, которые будут использованны на занятии:

Программы запускаются в командной строке Linux, флаги запуска программ начинаются с -, например -f.
Как правило после флага следует либо имя файла либо значение параметра. Смотрите примеры ниже.

• editconf - манипуляция форматом координат и самими координатами. Пример:
  

  editconf -f my.gro -o my.pdb
  

• genbox - наполнение ячейки растворителем.Пример:
  

  genbox -cp my.gro -cs mysolvent.gro -p my.top -o my_solvated.gro
  

• genion - утилита для замены n молекул растворителя на ионы.
  

  genion -s my.tpr -np 10 -p my.top -o my_ions.gro 
  -np это добавить 10 положительно заряженых ионов
  

• grompp - объединение и проверка gro, top и mdp в tpr.
  

  grompp -f my.mdp -c my.gro -p my.top
  

• mdrun - молеклярно-механический движок. На входе принимает tpr файл.
  

  mdrun -deffnm my.tpr 
  здесь параметр -deffnm означает, что выходные файлы будут называться как и входной файл, только с другими расщирениями
  

Настройка соединения с суперкомпьютером Chebyshev¶

Доступ к суперкомпьютеру возможен только по ssh ключам. Скопируйте и настройте их использование:

rm ~/.ssh
mkdir ~/.ssh
cp /home/preps/golovin/skif/nano-prac ~/.ssh
cat /home/preps/golovin/skif/config_nano >> ~/.ssh/config
chmod 600 ~/.ssh/nano-prac

Проверьте соединение:

ssh skif

Объекты для практикума¶

На этом занятии Вам предлагается 5 различных систем для моделирования. Перейдите по ссылке для подробных инструкций по выполнению каждого задания.

• Моделирование самосборки липидного бислоя из случайной стартовой конформации.

• Моделирование поведения ДНК в формамиде.

• Моделирование перехода А-формы ДНК в В-форму в воде.

• Моделирование поведения короткого пептида в формамиде.

Анализ результатов¶

Копирование результатов и доступ к суперкомпьютеру делайте не через kodomo, а через dualopt1.cmm.msu.ru, порт 22122, пользователь stud.

Пакет программ Gromacs предоставляет много инструментов для анализа траекторий и свойств динамики. Суть любого анализа сводится к пониманию специфики динамики конкретной системы.

Результаты анализа выдаваемые GROMACS имеют расширение xvg ( программа GRACE), но формат самих файлов текстовой, так что построение графиков можно делать в excel.

Предлагаю называть результаты анализа согласно общему шаблону: * Tool_system_param, где * Tool- это название программы которой проводили анализ * sytem- это либо b (бислой) либо dna (ДНК). * param- это некое дполнительное описание.

• Пример : g_rmsd_dna_1

Внимание ! Опции программы анализа вы можете узнать, набрав: имя_программы –h

Связи с тем, мы работаем с разными системами, то для каждой системы предлагается свой подход к анализу:

• Анализ результатов моделирование самосборки липидного бислоя
• Анализ результатов моделирование перехода А-формы ДНК в В-форму в воде
• Анализ результатов плавления ДНК в формамиде
• Анализ результатов плавления пептида в формамиде

Любой анализ начинают с визуального анализа движений молекул.