Corso di Laurea Specialistica in Chimica delle Molecole di Interesse Biologico

Struttura e Dinamica di Biomolecole - 2007/2008

Laboratorio 4 - (6 maggio 2008)

Simulazioni (N,V,E) nel vuoto

simulazione di chignolina a 300 K nel vuoto (E,V=cost).

1. Modificare l'input
   1. partire dalla struttura minimizzata
   2. modificare il potenziale, levando i C-H, N-H, O-H stretch

   &POTENTIAL

   [...]

   #  CUTOFF 100.

     STRETCHING HEAVY

   &END

   1. inserire il blocco &INTEGRATOR e modificare il blocco &SIMULATION

      &SIMULATION

        MDSIM

        TEMPERATURE 300.0 40.0

      &END

      &INTEGRATOR

        TIMESTEP 2.0

        MTS_RESPA  
          step intra 2  
          step intra 2  
          step nonbond 1 100.  
          test_times OPEN energie  
        END

      &END

   2. modificare il blocco &RUN inserendo un ciclo di equilibratura appropriato:

      &RUN

        CONTROL 0

        REJECT 50000.0

        TIME 30000.0

        PRINT 100.0

        PROPERTY 1000.0

      &END

2. lanciare il programma con output su file

   orac < chigno.in > chigno.out

3. analizzare l'output
4. Visualizzare il file delle energie: energie
5. con gnuplot, diagrammare le energie cinetica, potenziale e totale:

   pl 'energie' u 0:7 w l, '' u 0:8 w l, '' u 0:9

   pl 'energie' u 0:7 w l, '' u 0:8 w l, '' u 0:($7+$8)

   • Verificare che nella fase di acquisizione la distribuzione delle energie è stazionaria (valori costanti di media e deviazione). Altrimenti prolungare la fase di equilibratura.
6. trasformare il file della traiettoria (PDB) per poterlo visualizzare in vmd

   pdb2vmd < chigno.pdb > chigno.PDB

7. Visualizzare il risultato in vmd

Simulazioni (N,V,E) con solvente.

Preparazione input

1. copiare sulla propria directory di lavoro il file di input ~signorini/biomol/orac/data/slv.in
2. copiare sulla propria directory di lavoro il file di coordinate della molecola di $H_{2}O$: ~signorini/biomol/orac/pdb/water.pdb
3. Notare le differenze rispetto al file utilizzato per la simulazione nel vuoto (magari usando il comando ediff di Emacs ):
   1. aggiungere solvente

      &SETUP

        CRYSTAL 28. 28. 28.

      &END

      &SOLUTE

        COORDINATES chignolin.pdb

      &END

      &SOLVENT

        CELL SC

        INSERT 1.4

        COORDINATES ../pdb/water.pdb

        GENERATE RANDOMIZE 9 9 9

      &END

      &PARAMETERS

        [...]

        JOIN SOLVENT

          hoh

        END

      &END

   2. aggiornare i time-step

      &INTEGRATOR

        TIMESTEP 10.0

        MTS_RESPA

          step intra 2

          step intra 2

          step nonbond 2 4.7

          step nonbond 3 7.5 reciprocal

          step nonbond 1 9.7

          test_times OPEN energie

        END

      &END

   3. Ewald

      &POTENTIAL

        EWALD PME 0.43 24 24 24 4

        [...]

      &END

   4. salvare un restart

   &INOUT

     RESTART

       write 500.0 OPEN chigno.rst

     END

     ASCII 200.0 OPEN chigno.pdb

     [...]

   &END

4. Considerazioni sul calcolo dei dati di input
   1. lato cella è opportuno che sia almeno il doppio della lunghezza della proteina
   2. densità dell'acqua:
      $$\begin{eqnarray*} \rho/amu\cdot\AA^{-3} & = & \rho/g\cdot cm^{-3}\cdot\frac{g}{a... ...)^{3}\\ & = & \rho/g\cdot cm^{-3}\cdot0.6023\\ & \simeq & 0.6\end{eqnarray*}$$
      
      

Per $n$ molecole di acqua in un box di lato $L$ Angstrom:

$$\rho/amu\cdot\AA^{-3}=0.6=\frac{18n}{L^{3}}$$

Se $L=28.0$, si ha $n=724.4\simeq729=9^{3}$. Si può dunque scegliere

$$\begin{eqnarray*} n & = & 9\\ L & = & 28.0\end{eqnarray*}$$

Equilibrazione

1. lanciare, salvando un restart
2. notare quanto è più lenta la simulazione aggiungendo il solvente (circa 10 volte)
3. monitorare le energie, in particolare:
   1. Energia totale EREAL [scende , poi cost]
   2. EPTOT
   3. EKIN [oscilla intorno a 300K]
   4. ESLV [scende]
   5. ESLV-SLT [scende?]
   6. ESLT [potrebbe salire]
   Tutte queste grandezze sono listate nel file energie.

   Si controllano usando gnuplot

4. Visualizzare il sistema in VMD
   1. ricordarsi di filtrare il pdb creato da ORAC con pdb2vmd
   2. vedere se la RMSD rispetto alla conformazione sperimentale è minore che nel vuoto