Задание :

Задание
Задача занятия: провести симуляцию молекулярной динамики предложенного белка в
комплексе с лигандом используя программный пакет Gromacs. Все операции вы будете
проводить на сервере kodomo-count.cmm.msu.su (он же kodomo-count.fbb.msu.ru)
1)Используя любой текстовый редактор создайте pdb файл содержащий только записи
ATOM Вашего белка (лиганд не оставлять!). Рекомендуемое имя: <имя
последовательности>.pdb
2)Используя любой текстовый редактор, создайте pdb файл содержащий записи HETATM
для лиганда из комплекса сделанного на первом занятии по моделированию.
3)Используя сервер PRODRG2.5 Server ( http://davapc1.bioch.dundee.ac.uk/cgibin/prodrg_beta ) создайте файл топологии (ligand.itp) и файл координат (ligand.gro)
лиганда вашего белка используя полученный в пункте 2. pdb файл.
4)Используя программу pdb2gmx, получите файл топологии (*top) и файл координат
(*gro) вашего белка; вход - полученный в пункте 1. pdb файл. Рекомендуемый синтаксис
запуска программ предложен в подсказках.
5)Добавьте в конец вашего белка содержимое gro файла вашего лиганда. Удалите запись
о размерах ячейки. Измените значение количества атомов в начале gro файла , т.е.
добавьте к имеющейся цифре количество атомов в лиганде. Итак, вы получили
объединенный gro файл.
6)Под с записью #include "spc.itp" добавьте в top файл запись: #include
"ligand.itp". Добавьте информацию о лиганде в секцию [ molecules ].
7)Воспользуйтесь программой editconf для изменения параметров Вашей ячейки.
Установите отступ от края белка в 10 А.
8)Поместите файл параметров МД для минимизации энергии (em.mdp) в рабочую
директорию. Проведите минимизацию энергии структуры белка, используя препроцессор
grompp и саму программу процессор mdrun. Установите и занесите в протокол изменение
потенциальной энергии в ходе минимизации энергии структуры.
9)Поместите в ячейку молекулы растворителя (программа genbox). Используйте модель
воды spc.
10)Если общий заряд системы не равен 0 (см. выдачу grompp п.5), то нейтрализуйте
общий заряд системы. Для этого, используя файл em.mdp (пункт 5), с помощью
программы grompp создайте файл бинарной топологии (tpr). Используйте полученный
файл как входной файл для программы genion. Эта программа заменяет молекулы воды на
ионы. Количество и тип добавляемых ионов регулируется флагами –np или –nn.
11)Поправьте количество молекул воды в файле топологии (секция [ molecules ] ) и
добавьте запись о ионах.
12)Проведите минимизацию энергии полученной системы (см. пункт 5).
13)Проведите «утряску воды». Для этого скопируйте в рабочую директорию файл pr.mdp
и отредактируйте его в секции контроля температуры. Вам необходимо, что бы имя иона
совпадало с тем, который вы использовали при нейтрализации заряда. Используя этот
файл, получите файл бинарной топологии и запустите mdrun.
14)Скопируйте в рабочую директорию файл md.mdp и отредактируйте его в секции
контроля температуры. Используя этот файл, получите файл бинарной топологии.
Внимательно изучите файл mdout.mdp и, если вы согласны с параметрами, то запустите
саму молекулярную динамику.
Подсказки.
Все программы пакета GROMACS имеют общий синтаксис. Если вы не указали,
какую либо обязательную опцию, то программа выдаст сообщение об ошибке. Если
эта опция была не обязательная, то программа использует значения по умолчанию.
ВНИМАНИЕ! В большинстве случаев информации в сообщениях об ошибках
достаточно для того, что бы найти и исправить эту ошибку.
Узнать опции каждой программы в GROMACS, можно запустив эту программу с
флагом –h (editconf –h).
Файлы параметров МД (*.mdp) вы можете найти в поддиректории md_files.
Рекомендуемый синтаксис запуска программ в пунктах задания.
Используя этот синтаксис, вы можете заменить ${i} на ID вашего белка или
присвоить значение переменной i используя команду : export i=”mi_ID”, где my_ID это
ID вашего белка.
 Удобно убрать ненужную информацию из pdb файла с помощью grep.
grep "^ATOM" pdb${i}.ent > ${i}.pdb

Использование pdb2gmx.
pdb2gmx -f ${i}.pdb -o ${i} -p ${i} -ff G43a1

Удобно добавить содержимое одного файла в конец другого с помощью cat.
cat sugar.gro >> ${i}.gro
 Отредактируйте файл ${i}.top (vi или mcedit). Пример:
было
стало
; Include water topology
#include "spc.itp"
.
.
[ molecules ]
; Compound
#mols
Protein_A
1

; Include water topology
#include "spc.itp"
#include "ligand.itp"
.
.
[ molecules ]
; Compound
#mols
Protein_A
1
XYP
1
Использование editconf.
editconf -f ${i} -o ${i} -d 1

Использование grompp и mdrun.
grompp -c ${i} -p ${i} -o ${i}_em1 -f ./em –v
mdrun -s ${i}_em1 -o ${i}_em1 -c ${i}_aem1 -v

Использование genbox.
genbox -cp ${i}_aem1 -o ${i}_s -p ${i} –cs spc216

Использование genion.
grompp -c ${i}_s -p ${i} -o ${i}_s -f ./em –v
genion –s ${i}_s –o ${i}_si –np X (or –nn X)
если стандартный вариант не работает используйте версию из моей папки
/home/preps/golovin/progs/bin/genion –s ${i}_s –o ${i}_si –np X

Отредактируйте файл ${i}.top (vi или mcedit). Поправьте количество
молекул воды в секции [ molecules ] и добавьте запись о ионах. Пример:
было
стало
[ molecules ]
; Compound
Protein_A
SOL
#mols
1
15750
[ molecules ]
; Compound
Protein_A
SOL
Na
3
#mols
1
15747

Минимизация энергия соляного раствора.
grompp -c ${i}_si -p ${i} -o ${i}_em2 -f ./em –v
mdrun -s ${i}_em2 -o ${i}_em2 -c ${i}_aem2 -v
 Исправление pr.mdp :
было
; Berendsen temperature coupling
Tcoupl
= berendsen
tau_t
= 0.1
0.1
0.1
tc-grps
= SOL
Protein
Na
ref_t
= 300
300
300
стало
; Berendsen temperature coupling
Tcoupl
= berendsen
tau_t
= 0.1
0.1
0.1
tc-grps
= SOL
Protein
Cl
ref_t
= 300
300
300
«Утряска воды»:
grompp -c ${i}_aem2 -p ${i} -o ${i}_pr -f ./pr –v
mdrun -s ${i}_pr -o ${i}_pr -c ${i}_apr -v

Тест запуска молекулярной динамики на kodomo-count:
Запустите МД следующей строкой:
grompp -c ${i}_apr -p ${i} -o ${i}_md -f ./md_test –v
mdrun -s ${i}_md.tpr -o ${i}_md -c ${i}_amd –x ${i}_md.xtc –v
Подключение к суперкомпьютеру:
Зайдите на kodomo-count через putty, для соединения со «скифом»:
1) скопируйте ключ и настройки для ssh,
cp /home/export/samba/public/y07/Term5/Practices/Pr_12_MD1/config ~/.ssh
cp /home/export/samba/public/y07/Term5/Practices/Pr_12_MD1/skif_mgu_fbs ~/.ssh
chmod 600 ~/.ssh/skif_mgu_fbs
2)ssh skif
3)
Для копирования директории используйте scp:
scp -r ./mydir skif:myid
myid это ваш логин на kodomo.
Запуск задачи:
Как обычно препроцессор и mdrun:
grompp_4 -f md.mdp -c ${i}_amd.gro -p ${i}.top -o ${i}_promd –v
mpirun -np 16 –maxtime 600 /home/golovin/progs/bin/mdrun_4_mpi -deffnm ${i}_promd
-v
Посмотреть скорость выполнения задачи можно в файле mdrun_4_mpi.out-….
Наличие задачи в очереди видно с помощью команды tasks -o