Задание 6 (выполнено Борисовой Мариной)

Задача: изучение работы методов контроля температуры в GROMACS.

I. Подготовка файла координат и топологии.

На прошлом занятии мы скачали gro файл с 38 молекулами этана. Создадим индекс файл с одной молекулой этана.

make_ndx -f box_38.gro -o 1.ndx

editconf -f box_38.gro -o et1.gro -n 1.ndx

И с помощью той же команды зададим ячейку и расположим молекулу по центру ячейки

editconf -f et1.gro -o et.gro -d 2 -c

В et.top в разделе [ molecules ] задаим количество молекул этана = 1.

II. Файлы с разными параметрами контроля температуры.

1.mdp - метод Берендсена для контроля температуры.
2.mdp - метод "Velocity rescale" для контроля температуры.
3.mdp - метод Нуза-Хувера для контроля температуры.
4.mdp - метод Андерсена для контроля температуры.
5.mdp - метод стохастической молекулярной динамики.

III. Получение файлов с необходимыми результатами.

Для этого создадим скрипт. Результаты выполнения скрипта находятся в папке calc.

#!/bin/bash
##будем выполнять команды для пяти файлов ##
##с разными параметрами контроля температуры ##
for i in {1..5};do
##сроим входные файлы для ##
##молекулярно-динамического движка mdrund ##
grompp -f ${i}.mdp -c et.gro -p et.top -o et_${i}.tpr
##запускаем сам mdrun ##
mdrun -deffnm et_${i} -v -nt 1
##для визуального анализа проведем ##
##конвертацию в pdb ##
trjconv -f et_${i}.trr -s et_${i}.tpr -o et_${i}.pdb
##вычислим потенциальную энергию ##
echo -e "Bond\nKinetic-En.\n0" | g_energy -f et_${i}.edr -o et_${i}_en.xvg > et_${i}.txt
##запустим анализ длинн связей ##
g_bond -f et_${i}.trr -s et_${i}.tpr -o bond_${i}.xvg -n b.ndx > bond_${i}.txt

done

VI. Анализ pdb файлов.

Полученные pdb файлы:

метод Берендсена	метод "Velocity rescale"
метод Нуза-Хувера	метод Андерсена
метод стохастической молекулярной динамики
	совместное движение

 

Движение молекулы при применении метода Берендсена для контроля температуры характеризуется вращением, после небольшого колебания на месте, вокруг центра оси С-С связи исходного расположения молекулы под небольшим углом, а также изменением конформации (заторможенной и заслоненной).
Подобное же движение наблюдается и в методе "Velocity rescale" (только угол другой). Отличие также состоит в том, что вращение начинается позже, чем у первой молекулы.
В методе Нуза-Хувера водороды молекулы вращаются вокруг оси С-С связи и небольшие колебания атомов (менее амплитудные, чем в "Velocity rescale"). Молекула сменяет заторможенную и заслоненную конформации.
В методе Андерсена атомы молекулы только колеблются относительно своих положений, никакого другого движения не наблюдается. Похоже на состояние атомов в кристалле.
В методе стохастической молекулярной динамики молекула движется поступательно и вращательно, а также колебательно. Направление вращения проследить трудно.

V. Сравнение потенциальной энергии связи и кинетической энергии.

Построим графики изменения энергий (зеленый - кинетическая энергия; красный - потенциальная).

метод Берендсена	метод "Velocity rescale"
метод Нуза-Хувера	метод Андерсена
метод стохастической молекулярной динамики

VI. Исследуем расперделение длинн связей.

Сначала создадим индекс файл с одной связью. В текстовом редакторе создайте файл b.ndx со следующим содержимым:

[ b ]  1 2

И построим графики распределения длинн связей.

метод Берендсена	метод "Velocity rescale"
метод Нуза-Хувера	метод Андерсена
метод стохастической молекулярной динамики

VI. Выводы.

Сравнивая плотности точек на графиках с энергиями с графиками функции распределения Максвелла-Больцмана (см. на вики) сразу отбрасываем метод Андерсена и Берендсена. Из-за того, что точки на графике для метода Нуза-Хувера имеют максимальную плотность у нуля, то этот метод тоже вряд ли удовлетворяет распределению Больцмана.

Итак, остались метод стохастической молекулярной динамики и Velocity rescale.

Таким образом, наилучший метод контроля температуры - Velocity rescale, т.к. движение молекулы кажется более реалистичным.

ї 2010-11 Borisova Marina