泛素的分子动力学模拟研究

实用文档泛素的分子动力学模拟研究生计11.32013年12月31日研究目标使用NAMD对泛素（1UBQ.pdb）进行MD模拟，使用VMD进行初步分析。基本要求使用水盒子，每个轴正负方向各延长7Å；NPT（1atm/1.01325bar；298K）；周期边界条件、PME；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）。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。比较模拟后与模拟之前蛋白结构的差别，给出RMSD。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；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REF_Ref376288626\h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。psdviewer默认忽略水分子，见REF_Ref376288984\h图2；加氢原子，见REF_Ref376288991\h图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。生成PSF结构文件，得到1UBQ_H_autopsf.pdb/psf/log，见REF_Ref376289569\h图4REF_Ref376289571\h图5；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REF_Ref376289908\h图6；加入离子，得到ionized.pdb/psf/log，见REF_Ref376289995\h图7；生成配置文件得到namd配置文件run1.namd，见REF_Ref376290411\h图9REF_Ref376290412\h图10REF_Ref376290414\h图11REF_Ref376290417\h图12REF_Ref376290418\h图13。图SEQ图\*ARABIC1下载1UBQPDB文件图SEQ图\*ARABIC2spdbv默认忽略水分子图SEQ图\*ARABIC3在spdbv中为泛素分子添加氢原子图SEQ图\*ARABIC4生成psf（上）图SEQ图\*ARABIC5生成psf下图SEQ图\*ARABIC6添加水盒子图SEQ图\*ARABIC7添加离子图SEQ图\*ARABIC8打开NAMDgui的界面图SEQ图\*ARABIC9NAMDgui主界面参数设置图SEQ图\*ARABIC10体系温度压力等设置图SEQ图\*ARABIC11在TkConsole里计算体系大小及位置图SEQ图\*ARABIC12根据TKConsole里的数值计算PBC图SEQ图\*ARABIC13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REF_Ref376290648\h图14。为保证好的移植性，改为相对路径，如REF_Ref376290749\h图15。图SEQ图\*ARABIC14run1.namd默认设置图SEQ图\*ARABIC15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REF_Ref376290917\h图16。图SEQ图\*ARABIC16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SEQ图\*ARABIC17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REF_Ref376291377\h图18。3、第二轮分子动力学模拟（见REF_Ref376291470\h图19）。图SEQ图\*ARABIC18run2.namd配置文件图SEQ图\*ARABIC19第二轮模拟结果附加材料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。log2.log查看计算速度，见REF_Ref376291784\h图20。图SEQ图\*ARABIC20log2中的计算速度VMD中的NAMDplot查看系统的变化情况，见REF_Ref376291793\h图21。用VMD查看.dcd记录的模拟轨迹，查看结构变化，见REF_Ref376292067\h图22。图SEQ图\*ARABIC21VMD中的NAMDplot查看系统的变化情况图SEQ图\*ARABIC22用VMD查看.dcd记录的模拟轨迹（图为某一帧）RMSDTrajectoryToll查看rmsd变化，在600帧处达到平衡，见REF_Ref376292082\h图23。一些其他的重要参数及软件版本号原子数：9313键数：6625残基：2770水分子：2694CPU型号：Intelcorei-32350M使用的线程数：2Namd版本：NAMD_2.7b2_Win32模拟速度：0.05/stepSpbv版本：swiss-PdbViewer4.1.0浏览器版本：Firefox26.0VMD版本：1.9.1NAMD版本：NAMD_2.7b2_Win32操作系统：win7（32bit）图SEQ图\*ARABIC23RMSDTrajectoryToll查看rmsd变化小节对于本次实验，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