NLYIQ WLKDG GPSSG RPPPS
Tryptophan cage在一般的環境下會摺疊成固定的立體結構、稱之為Trp-cage motif。立體結構可以從蛋白質結構資料庫的 1L2Y 下載。由於此結構是用NMR解出來的，會有許多相似的結構。下面的Tryptophan cage的分子動態模擬（molecular dynamics simulation）用NMR的第一個結構當作是初始結構（檔案名稱叫做1L2Ym1.pdb），參數設定參考Justin A. Lemkul寫的《GROMACS Tutorial：Lysozyme in Water》，在Mac上面跑模擬。指令如下：
- sudo port install gromacs
- port info gromacs
- gmx pdb2gmx -f 1L2Ym1.pdb -o processed.gro -ff oplsaa -water tip4p
- gmx editconf -f processed.gro -o newbox.gro -c -d 1.0 -bt cubic
- gmx solvate -cp newbox.gro -cs tip4p.gro -o solv.gro -p topol.top
- gmx grompp -f ions.mdp -c solv.gro -p topol.top -o ions.tpr
- gmx genion -s ions.tpr -o solv_ions.gro -p topol.top -nname CL -nn 1
選13 SOL - gmx grompp -f minim.mdp -c solv_ions.gro -p topol.top -o em.tpr
- gmx mdrun -nt 4 -v -deffnm em
- gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -p topol.top -o nvt.tpr
- gmx mdrun -nt 4 -v -deffnm nvt
- gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -t nvt.cpt -p topol.top -o npt.tpr
- gmx mdrun -nt 4 -v -deffnm npt
- gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -t npt.cpt -p topol.top -o md.tpr
- gmx mdrun -nt 4 -v -deffnm md
- gmx trjconv -s md.tpr -f md.xtc -o md_0-1ns_noPBC.xtc -pbc mol -ur compact
選1 Protein - gmx rms -s em.tpr -f md_0-1ns_noPBC.xtc -tu ns -o rmsd.xvg
選4 Backbone、再選4 Backbone - gmx gyrate -s md.tpr -f md_0-1ns_noPBC.xtc -o gyrate.xvg
選1 Protein - gmx trjconv -s md.tpr -f md_0-1ns_noPBC.xtc -o md_0-1ns.pdb
選1 Proteins
上述指令的說明如下：
- 在Mac上用Macports安裝GROMACS
- 顯示安裝的GROMACS版本，目前安裝的版本是5.1.4
- 分子模擬用到的force field與water model，參考《分子模擬選擇的水分子模型》。
- 1L2Ym1.pdb 是初始結構。注意！此初始結構事先把所有的氫原子都去除了，讓force field根據此結構來加入氫原子
- force field是 OPLS-AA/L
- 水分子模型是 TIP4P，GROMACS推薦oplsaa用tip4p
- 跑完這個指令後會會出現這個系統總共有20 residues with 304 atoms、total mass 2170.437 a.m.u.、total charge 1.000e。系統帶的電荷後面會說如何加入離子來平衡
- 把上述的分子放到一個盒子裡面，之後跑的分子模擬會用到
- -c 代表把分子放在盒子的中央
- -d 1.0 代表分子到盒子邊界的距離是1.0 nm
- -bt cubic 代表這個盒子是一個cubic
- 在盒子裡面注入水分子
- 準備加入離子來平衡電性，這邊的ions.mdp從Justin Lemkul的網站用取得
- wget http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/lysozyme/Files/ions.mdp
- 參考步驟3的結果，加入一個氯離子來平衡系統的電性
- -nname CL 代表陰離子選用氯離子
- -nn 1 代表要一個陰離子，如果加入的是一個陽離子則用 -np 1
- 輸入指令後選13 SOL，意思是說把隨機拿掉一個水、代換成上面的離子
- 設定 energy minimization 需要的參數，minim.mdp從Justin Lemkul的網站用取得
- wget http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/lysozyme/Files/minim.mdp
- 這邊用的演算法是 steepest descent minimization
- 跑到maximum force < 1000 kJ/mol/nm，或是跑50000 步
- -nt 4 代表用4個核心來跑
- -defnm em 代表跑出來的檔案都用 em.* 來儲存
- 跑 energy minimization
- 設定 equilibration under an NVT ensemble (constant Number of particles, Volume, and Temperature are all constant)。nvt.mdp設定檔從Justin Lemkul的網站用取得，總共跑 100 ps
- wget http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/lysozyme/Files/nvt.mdp
- 設定檔裡面 ref_t = 300 代表說溫度設定是300 K ≈ 27°C
- 設定檔裡面 gen_temp = 300 代表根據300 K的Maxwell distribution用給予每個原子一個初始速度
- 跑 NVT equilibration
- 設定 equilibration under an NPT ensemble (Number of particles, Pressure, and Temperature are all constant)。npt.mdp設定檔從Justin Lemkul的網站用取得，總共跑 100 ps
- wget http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/lysozyme/Files/npt.mdp
- 設定檔裡面 continuation = yes 代表原子初始速度延續 NVT equilibration 最後的結果
- 設定檔裡面 gen_vel = no 代表說不設定初始速度
- 設定檔裡面的 ref_p = 1.0 代表壓力設定成 1.0 bar ≈ 1大氣壓
- 跑 NPT equilibration
- 設定分子模擬的參數。md.mdp設定檔從Justin Lemkul的網站用取得，設定成 300 K, 1.0 bar，約莫就是27 °C、1大氣壓的環境
- 跑Tryptophan cage的分子動態模擬，總共跑 1000 ps = 1 ns
- wget http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/lysozyme/Files/md.mdp
- 設定檔裡面 dt = 0.002 代表每一步的大小是0.002 ps = 2 fs
- 設定檔裡面 constraint_algorithm = lincs
- 設定檔裡面 coulombtype = PME 代表long-range electrostatics用Particle Mesh Ewald這個演算法
- 設定檔裡面 tcoupl = V-rescale 代表用modified Berendsen thermostat
- 設定檔裡面 pcoupl = Parrinello-Rahman 代表用此演算法設定壓力
- 跑完以後會出現Performance，這個例子跑了 1h00:56，23.627 ns/day、1.016 hour/ns
- 把模擬的軌跡檔（trajectory file）存出來，參考trjconv的說明
- -pbc mol 意思是把分子的coler of mass放在盒子的正中央
- -ur compact 代表將所有的原子放在離正中央最近的位置
- 用RMSD計算模擬過程中每個時間點對初始結構的差異
- rmsd.xvg 這個檔案可以用xmgrace去看
- 計算模擬過程中radius of gyration的改變
- gyrate.xvg 這個檔案可以用xmgrace去看
- 用PDB格式輸出軌跡檔，可以直接用PyMOL觀看
_EOF_
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