Corso di Laurea Specialistica in Chimica delle Molecole di Interesse Biologico

Struttura e Dinamica di Biomolecole - 2008/2009

Laboratorio 4 - (21 aprile 2009)


Chignolina: simulazione (N,V,T) nel vuoto

  1. preparazione dell'input; si deve solo modificare il blocco &SIMULATION

    &SIMULATION
    ...

    THERMOS
    cofm 30.0

    solute 30.0

    solvent 30.0

    temp_limit 1000.
    END
    &END
  2. verifica delle proprietà del sistema

    1. energie

      1. L'energia del sistema, EREAL, non è costante; è costante l'Hamiltoniano di Nosé-Hoover $ETOT=EREAL+KINH+HPOT$
        $\displaystyle H_{NH}$ $\textstyle =$ $\displaystyle \sum\frac{p_{i}^{2}}{2m_{i}}+U(\mathbf{r})+\frac{p_{\eta}^{2}}{2Q}+\frac{L}{\beta}\eta$ (1)
        $\displaystyle EREAL$ $\textstyle =$ $\displaystyle \sum\frac{p_{i}^{2}}{2m_{i}}+U(\mathbf{r})$ (2)
        $\displaystyle KINH$ $\textstyle =$ $\displaystyle \frac{p_{\eta}^{2}}{2Q}$ (3)
        $\displaystyle HPOT$ $\textstyle =$ $\displaystyle \frac{L}{\beta}\eta$ (4)

      2. confrontare l'andamento e soprattutto le fluttuazioni dell'energia totale nell'insieme NVT con quella dell'insieme NVE con medesimo input
      3. vedere la dipendenza del risultato dal valore delle ``masse'' del termostato
      4. verificare l'entità delle fluttuazioni dell'energia cinetica
    2. RMSD

      confrontare l'andamento e il valore finale di RMSD nell'insieme NVT con quelle dell'insieme NVE con medesimo input


Chignolina: simulazioni con solvente.

Preparazione input

  1. 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:

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

    Se $L=31.07$, si ha $n=999.8\simeq10^{3}$. Si può dunque scegliere

    \begin{eqnarray*}
n & = & 10^{3}\\
L & = & 31.07\end{eqnarray*}

  2. copiare sulla propria directory di lavoro il file di input:

    ~signorini/biomol/orac/data/slv.in

  3. copiare sulla propria directory di lavoro il file di coordinate della molecola di $H_{2}O$:

    ~signorini/biomol/orac/pdb/water.pdb

  4. Notare le differenze rispetto al file utilizzato per la simulazione nel vuoto (magari usando il comando ediff di Emacs ):

    1. aggiungere solvente

      &SETUP
      CRYSTAL 31.07 31.07 31.07
      &END

      &SOLUTE
      COORDINATES chignolin.pdb
      &END

      &SOLVENT
      CELL SC

      INSERT 1.4

      COORDINATES ../pdb/water.pdb

      GENERATE RANDOMIZE 10 10 10
      &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

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. vedere se la RMSD rispetto alla conformazione sperimentale è minore che nel vuoto