Para hacer un SMD es necesario:

Transcripción

1 Para hacer un SMD es necesario: Un archivo pdb (Protein Data Bank), el cual contiene los átomos y las coordenadas de la proteína en estudio. Un archivo psf (Protein Structure), el cual contiene información estructural de la proteína, donde se incluyen: tipos de átomos, cargas y conectividad de los átomos. Un archivo de configuración namd, el cual especifica las opciones que NAMD utilizará al correr la Simulación.

2 - Abrir una consola de VMD PASO 1: Proteína a estudiar - Cagar la proteína: File New Molecule Browse Load Importante: - No se incluyen los hidrógenos - Contiene moléculas de agua - En Graphics Representations es posible cambiar el Display de la Proteína

3 Paso 2: Generar un PSF - Abrir una consola TK: Extensions Tk Console - Eliminar las moléculas de agua, tipeando: - Eliminar todo, tipiando: mol delete all - Cargar la proteína sin las aguas (ubqp.pdb): mol load pdb ubqp.pdb - Ejecutar el script que crea el PSF, tipeando: play nombre_script. Es importante tener el archivo de topología. Se generan los H Nota: top_all27_prot_lipid.inp es un archivo que contiene la topología necesaria par la construcción del PSF.

4 Paso 3: Solvatar la proteína - Ejecutar el script que crea una caja de agua: play nombre_script. Se generan unos archivo (combine*) que no son necesarios (corresponden a pasos intermedios). Nota: se pretende representar un ambiente biológico lo más cercano a la realidad - Es necesario obtener además: los valores máximos y mínimos de las coordenadas y el centro del sistema, usando: set everyone [atomselect top all] measure minmax $everyone Maximo y Mínimo measure center $everyone centro Estos parámetros se necesitarán para un posterior archivo de configuración

5 Paso 4: Construyendo el archivo de configuración Nombre del archivo final psf Nombre del archivo final pdb Crea una variable llamada temperatura en la cual se almacena el valor de la temperatura inicial del sistema. 310ºK = 37ºC Genera una variable outputname en la cual se almacena un nombre genérico para los archivos de salida Setea el valor numérico del primer time step de la simulación. Se usa comúnmente para reinicializar un calculo, por ejemplo si se desea continuar un calculo que termino en el time step 552, el valor firsttimestep sería 553.

6 Paso 4: Construyendo el archivo de configuración Indica si el archivo de parámetros esta en el formato usado por el campo de fuerza CHARMM Llama al archivo de parámetros (con el Campo de Fuerza) Setea la temperatura inicial del sistema en ºKelvin Especifica cuales interacciones atómicas son excluidas, en este caso se permitirán interacciones 1-2 y 1-3, pero no 1-4. Las interacciones 1-4 realmente no se inactivan sino que se debilitan, para lo cual se establece un grado de interacción entre 0 y 1. Indica la distancia (en Ángstrom) a la cual las interacciones Van Der Waals y Electrostáticas son suprimidas. Determina si funciones de Switching son usadas para no tener interacciones Van Der Waals y Electrostáticas en 0 a cierta distancia del cutoff. Indica la distancia a la cual comienzan a actuar las funciones de Switching. Se especifica una distancia total que utilizará NAMD para establecer todo tipo de interacciones. Solo se harán búsquedas dentro de esta distancia.

7 Paso 4: Construyendo el archivo de configuración Nota: 1000fs=1ps Indica el tamaño de los time step usados en la simulación. Para este caso 2 Femtosegundos. Especifica cuales enlaces que involucran hidrógenos son considerados rígidos (non-vibrating). En este caso all (todos). Determina cada cuantos time step las interacciones nonbonded (no-enlazantes) deberían ser calculadas. Determina cada cuantos time step las interacciones electrostáticas deberían ser calculadas. Cada cierto tiempo el pairlist de los átomos es reasignado. Este comando especifica cada cuanto tiempo será hecha la reasignación, lo quel corresponde a un ciclo. Indica si se utilizará Langevin Dynamics en la Simulación. Langevin Dynamics quiere decir controlar la energía cinética del sistema considerando la temperatura y la presión. Setea el valor del Langeving coupling coefficient, el cual cuantifica la fricción aplicada al Sistema, la energía removida, el frenado de los átomos, etc. Este es especificado en Picosegundos. Langevin Dynamics puede ser aplicado a todos los átomos o solo a aquellos que no sean hidrógenos. Este comando especifica la temperatura a la cual se mantendrán estos átomos. Indica si se aplicará Langevin Dynamics a los átomos de hidrógenos presentes en la Simulación.

8 Paso 4: Construyendo el archivo de configuración Se generan tres vectores para formar una celda periódica. Cada vector representa al eje x, y, z respectivamente. Estos datos son tomados de los valores de minmax y center calculados con anterioridad. Los valores están en Å. CellBasisVector* corresponde a los valores x, y y z. CellOrigin es el centro. Este comando es usado para evitar que algún átomo se escape de la caja periódica. Actúa como espejo si el átomo sale por un lado entra por el otro. PME (Particle Mesh Ewald) es el método utilizado para tratar interacciones electrostáticas cuando se usan condiciones periódicas de borde; corresponde a una grilla 3-D sobre la cual la carga del sistema es distribuida para el calculo de potenciales y fuerzas entre los átomos. Determina si se usara este método (yes or no) Corresponde a los valores x, y, z de los vectores CellBasisVectorX, CellBasisVectorY, CellBasisVectorZ respectivamente. Nota: Siempre dar 1 o 2 Å más a la caja para asegurar que todos los átomos queden dentro de ella.

9 Paso 4: Construyendo el archivo de configuración NAMD calcula la presión del sistema basándose en las fuerzas entre los átomos y sus energías cinéticas. Este comando especifica si las interacciones que involucran hidrógenos deben ser consideradas para todos los átomos de hidrógenos o simplemente entre grupos de átomos de hidrógenos. Se debe poner yes si se seteo rigidbonds. Setea la temperatura a la cual actúa Langevin Piston. Permitir que se mantenga constante la sección de área que atraviesa el eje x-y, mientras varia la dimensión z Especifica si se desea permitir que la celda periódica 3D varíe independientemente Es un método usado para calcular la presión. Incluye un algoritmo de Simulación de Dinámica Molecular con Presión Constante. Setea el tiempo de oscilación constante en fs para Langevin Piston. Setea el tiempo de damping (amortiguación) constante en fs para Langevin Piston. Se especifica en unidades de bar la presión a la cual Langevin Piston intentara mantenerse (1 atom=1.013)

10 Paso 4: Construyendo el archivo de configuración Este comando especifica el prefijo de los nombres de los archivos de salida. Se indica cada cuantos time step se escribirá información en los archivos de salida. (500step=1000fs=1ps) Nota: Se retorna un archivo pdb que contiene las coordenadas finales de los átomos del sistema (*.coor) y otro archivo pdb que contiene las velocidades finales de todos los átomos (*.vel). Además, archivos: *.old (con información para reinicializar el calculo), *.dcd (video de la trayectoria), *.log (información de las energías y presión), *.xst (incluye información específica de la celda periódica) Setea el numero de iteraciones mediante las cuales los átomos camban de posición para buscar un mínimo local en el potencial. La minimización es realizada en el sistema después que todas las velocidades atómicas han sido seteadas a 0. Este comando resetea las velocidades atómicas reasignado la temperatura específica (310ºK) Setea el numero de time step mediante los cuales se correrá el MD equilibration. En este caso 2500 fs=5ps Paso 5: Corriendo la Simulación Para correr el calculo: namd2 nombre_arch_conf > nombre_arch_salida &

11 Steered Molecular Dinamics

12 Steered Molecular Dinamics Paso 1: Remover Moléculas de Agua - Cargar el archivo ubq_ws.psf y luego sobre este el equilibrado ubq_ws_eq.restart.coor - Luego abrir una Tk Console y tipear: set selprotein [atomselect top protein] $selprotein writepdb ubq_ww_eq.pdb mol delete all Con esto se deja solo la proteína y se eliminan las moléculas de agua Paso 2: Fijar Átomos - Cargar el archivo ubq.psf y luego sobre este ubq_ww_eq.pdb - Abrir una Tk Console y tipear: set allatoms [atomselect top all] $allatoms set beta 0 Pone la columna B de todos los átomos en 0 set fixedatom [atomselect top resid 1 and name CA ] Se dejo fijo el CA del primer residuo. $fixedatom set beta 1 Pone la columna B del ultimo CA en 0

13 Paso 3: SMD Átomo Steered Molecular Dinamics - En la Tk Console tipear: $allatoms set occupancy 0 Pone Ocupancia de todos los átomos en 0 set smdatom [atomselect top resid 76 and name CA ] Se eligió como átomo para tirar el CA del ultimo residuo. $smdatom set occupancy 1 Pone Ocupancia del átomos seleccionado en 1 $allatoms writepdb ubq_ww_eq.ref Se guardan los parámetros en un archivo de referencia *.ref. Paso 4: Parámetros necesarios - En la Tk Console tipear: set smdpos [lindex [$smdatom get {x y z}] 0] set fixedpos [lindex [$fixedatom get {x y z}] 0] vecnorm [vecsub $smdpos $fixedpos]

14 Paso 5: Archivo de Configuración Parámetros explicados anteriormente. Las secciones que tenga if (0) no se están ejecutando.

15 Paso 5: Archivo de Configuración Parámetros explicados anteriormente. Las secciones que tenga if (0) no se están ejecutando.

16 Paso 5: Archivo de Configuración Parámetros explicados anteriormente. Las secciones que tenga if (0) no se están ejecutando. En este caso se deja en off para que no disturbe el movimiento de los átomos.

17 Paso 5: Archivo de Configuración Ya no es necesario trabajar con parámetros de Presión, pues el sistema ya está equilibrado. Parámetros explicados anteriormente. Las secciones que tenga if (0) no se están ejecutando. Para realizar el SMD es necesario fijar átomos con anterioridad y también definir un átomo para tirar. Estos parámetros se incluyen en el archivo *.ref. B corresponde a columna Beta (átomo fijo).

18 Paso 5: Archivo de Configuración Las secciones que tenga if (0) no se están ejecutando. SMD Fuerza, Velocidad y Coordenada de Reacción. Determina si se utilizará SMD Archivo que contiene la información del átomo a tirar (ocupancia 1) Fuerza del resorte igual a 7 kcal/mol/ Å² (donde, 1kcal/mol = pn Å) El tirón (pulling) se realizará a una velocidad constante de Å/timestep, equivalente a 2.5 Å/ps) Dirección del pulling (tirón). Se utilizan los valores calculados anteriormente con vecnorm. Frecuencia con la que los datos serán impresos

19 Paso 5: Archivo de Configuración Las secciones que tenga if (0) no se están ejecutando. Se correrán 20000fs=40ps, ya q el timestep es de 2fs Paso 6: Corriendo el SMD Para correr el calculo: namd2 nombre_arch_conf > nombre_arch_salida & Paso 7: Analizar los resultados Cargar el ultimo archivo *.psf y el *.dcd generado