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 расчет 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 переведем 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.