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泛素的分子动力学模拟研究
泛素的分子动力学模拟研究
生计11.32013年12月31日
一、研究目标
使用NAMD对泛素(1UBQ.pdb)进行MD模拟,使用VMD进行初步分析。
二、基本要求
1、使用水盒子,每个轴正负方向各延长7Å;
2、NPT(1atm/1.01325bar;298K);
3、周期边界条件、PME;
4、先固定蛋白质进行能量最小化(1000~2000步)和平衡(10000步),再放开所有原子,进行能量最小化(1000~2000步)和平衡,最后进行模拟(平衡+模拟步数至少20000步以上,50000~100000步会更好)。
5、使用VMD分析第二轮平衡和模拟过程中的RMSD变化,评估模拟何时达到平衡。
6、比较模拟后与模拟之前蛋白结构的差别,给出RMSD。
7、给出模拟过程中的一些重要数据,如蛋白质残基数、原子数、离子数、水分子数、总原子数、水盒子大小、计算机CPU型号、使用的namd软件版本、使用的线程数(相当于CPU数)及模拟速度;
8、完成实验报告,包括主要的研究步骤;包括主要的软件操作步骤(使用截屏即可)以及相应的说明;“表”要有序号(表1、表2等)和表头;“图”要有序号(图1、图2等)和图例。
表和图在正文中要有引用;得出自己的结论。
三、材料和方法
1、下载泛素文件
去PDB官网首页搜索“1UBQ”,下载pdb文件(见图1)。
2、去除水分子加入氢原子
使用swiss-PdbViewer4.1.0打开下载好的文件。
(1)psdviewer默认忽略水分子,见图2;
(2)加氢原子,见图3;
(3)保存当前图层为1UBQ_H.pdb。
3、加水盒子生成配置文件等
添加水盒子、添加离子、生成NAMD配置文件均在VMD1.9.1中完成。
(1)生成PSF结构文件,得到1UBQ_H_autopsf.pdb/psf/log,见图4图5;
(2)添加水盒子(每个轴正负方向各延长7Å),得到文件solvate.pdb/psf/log,见图6;
(3)加入离子,得到ionized.pdb/psf/log,见图7;
(4)生成配置文件得到namd配置文件run1.namd,见图9图10图11图12图13。
图1下载1UBQPDB文件
图2spdbv默认忽略水分子
图3在spdbv中为泛素分子添加氢原子
图4生成psf(上)
图5生成psf下
图6添加水盒子
图7添加离子
图8打开NAMDgui的界面
图9NAMDgui主界面参数设置
图10体系温度压力等设置
图11在TkConsole里计算体系大小及位置
图12根据TKConsole里的数值计算PBC
图13固定原子设置
4、NAMD第一轮模拟
(1)修改配置文件,安排需要文件的位置。
默认存在绝对路径,如图14。
为保证好的移植性,改为相对路径,如图15。
图14run1.namd默认设置
图15修改后的namd设置
(2)将修改好的配置文件重命名为run1.namd拷贝到工作根目录下,根据run1.namd中的设置,输入及参数文件拷贝到根目录下的input文件夹下,输出将在output文件夹下(见附加材料)。
(3)在cmd中运行模拟程序,见图16。
图16第一轮模拟
5、NAMD第二轮模拟
1、用第一轮产生的ionized.restart.coor作为坐标文件进行第二轮模拟,结构文件用第一轮的ionized.psf,即可,不固定任何原子,活动原子设为all,体系中的其他参数从第一轮的结果中自动获取。
用VMD辅助第二轮模拟的配置文件生成,得到run2.namd。
图17第二轮模拟的配置文件设置(图中有误,左边需要勾选能量最小化,右边温度298即可)
2、修改配置文件文件run2.namd,使得输出输入文件在指定目录(见附加材料),如图18。
3、第二轮分子动力学模拟(见图19)。
图18run2.namd配置文件
图19第二轮模拟
四、结果
1、附加材料NAMD文件夹是本次实验用到的所有输入、输出、配置、结果文件,路径都是相对路径,可移植。
2、log2.log查看计算速度,见图20。
图20log2中的计算速度
3、VMD中的NAMDplot查看系统的变化情况,见图21。
4、用VMD查看.dcd记录的模拟轨迹,查看结构变化,见图22。
图21VMD中的NAMDplot查看系统的变化情况
图22用VMD查看.dcd记录的模拟轨迹(图为某一帧)
5、RMSDTrajectoryToll查看rmsd变化,在600帧处达到平衡,见图23。
6、一些其他的重要参数及软件版本号
Ø原子数:
9313
Ø键数:
6625
Ø残基:
2770
Ø水分子:
2694
ØCPU型号:
Intelcorei-32350M
Ø使用的线程数:
2
ØNamd版本:
NAMD_2.7b2_Win32
Ø模拟速度:
0.05/step
ØSpbv版本:
swiss-PdbViewer4.1.0
Ø浏览器版本:
Firefox26.0
ØVMD版本:
1.9.1
ØNAMD版本:
NAMD_2.7b2_Win32
Ø操作系统:
win7(32bit)
图23RMSDTrajectoryToll查看rmsd变化
五、小节
对于本次实验,我费了比较大的力气,前期没有尝试去理解每一步的含义,导致不知道自己在每一步的意义在那了。
书读百遍其义自见,意思差不多,熟能生巧,经过一段时间的折腾,我渐渐把脉路理清楚了。
本次实验的模拟过程,我一共遇到两次报错。
第一次,“Periodiccellhasbecometoosmallfororiginalpatchgrid!
”,谷歌一番没找到满意的解决方案,我重新做了一遍,没有再出现这样的错误,应该是第一次设的水盒子太小,后来我发现,这次氢原子都添加失败了。
第二次,这是发生在第二次模拟中,且只发生在第二次模拟中,
ERROR:
Atom1152velocityis3456.439104.56-7771.36(limitis10000)
ERROR:
Atom1158velocityis-40824.5-10835392300.4(limitis10000)
ERROR:
Atomsmovingtoofast;simulationhasbecomeunstable.
ERROR:
Exitingprematurely;seeerrormessagesabove.
顺着网上的解决方案做了几遍,依旧报错;从下载序列开始重新做,依旧如此;本要寻求老师帮助,无奈老师不在;为此纠结一天。
知道我静下心来看课件和老师给的namd文件,反复比对,发现第二次模拟我没有设置能量最小化。
我本以为第一次能量最小化了,接下来的第二次就没有必要了,但事实告诉我第二次没有能量最小化会导致Atomsmovingtoofast;simulationhasbecomeunstable。
我忽视了,第二次模拟和第一次模拟的运动原子是不同的。
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- 分子 动力学 模拟 研究