NAMD入門教程三

1、4受控分子動(dòng)力學(xué)模擬 (Steered Molecular Dynamics)所謂受控分子動(dòng)力學(xué)模擬( Steered M olecular Dynamics , SMD ),就是指在進(jìn)行 分子動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)，人為地給分子中的某個(gè)或某幾個(gè)原子施加一個(gè)假想的外力，或者人為地固定某個(gè)或某幾個(gè)原子的位置。從而控制整個(gè)分子的行為。我們前面進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)模擬都是通過各種參數(shù)設(shè)置， 盡量逼近蛋白質(zhì)分子在溶液體系中的真實(shí)狀態(tài)，以研究分子的各種性質(zhì)和行為。但受控分子動(dòng)力學(xué)模擬卻要用一個(gè)假想的外力干擾控制生物大分子的行為，這是為什么呢？(需要查一下更多的 SMD的應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)了解SMD究竟可以用于研究什么問題，

2、才能做出回答)在下面的例子中，我們將首先固定泛素分子中一個(gè)原子的位置，然后用一個(gè)假想的外 力牽拉另一個(gè)原子。球形的泛素分子會(huì)因此而被逐漸拉開，最終成為伸展?fàn)顟B(tài)的肽鏈。進(jìn)彳t SMD時(shí)，我們需要用已經(jīng)完成能量最小化和能量平衡，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的蛋白結(jié)構(gòu)。如果用含有扭曲、拉伸、變形構(gòu)象的原始蛋白結(jié)構(gòu)，我們將無法分清蛋白各部分的運(yùn)動(dòng)是由 于蛋白內(nèi)部的形變張力引起的，還是由于SMD實(shí)驗(yàn)附加的外力造成的。因此，進(jìn)行 SMD之前必須預(yù)先進(jìn)行一次平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這里，我們使用2.4節(jié)球狀水體分子動(dòng)力學(xué)模擬輸出的恢復(fù)文件(.restart )進(jìn)行SMD?；謴?fù)文件輸出時(shí)，泛素已在水體中完成了能量

3、最小化和能量平衡，達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。4.1 除去水分子為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，我們?cè)谶M(jìn)行本次SMD之前將除去體系中所有的水分子。但讀者必須要注意：在真正進(jìn)行SMD實(shí)驗(yàn)的時(shí)候決不可以將水分子除去！1、打開VMD ,選擇File 一 New Molecule 菜單項(xiàng)，載入 common 目錄下的文件 ubq_ws.psf 。不要關(guān)閉窗口，此時(shí)窗口 “Load file for:"一項(xiàng)應(yīng)該顯示“0:ubq_ws.psf 再次單擊按鈕 Browser ,找到1-2-sphere 目錄下的文件ubq_ws_eq.restart.coor ,載入 該文件。關(guān)閉 Molecule File Browser

4、 窗口?，F(xiàn)在我們載入了 2.4節(jié)球狀水體動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)輸出的恢復(fù)文件(.restart.coor)2、選擇Extension tk菜單項(xiàng)，打開tk ,首先用cd命令改變當(dāng)前目錄至 common目錄下，然后輸入:set selprotein atomselect top protein$selprotein writepdb ubq_ww_eq.pdb這樣我們便在common 文件夾下新建了一個(gè) pdb文件ubq_ww_eq.pdb ，儲(chǔ)存已經(jīng)達(dá) 到平衡態(tài)的蛋白質(zhì)分子，但沒有水分子。3、刪除當(dāng)前分子，但不要關(guān)閉VMD。4.2恒速牽拉在這一節(jié)我們將使用恒速牽拉進(jìn)行SMD動(dòng)力學(xué)模擬。進(jìn)行恒速牽拉時(shí)，我

5、們需要首先dummySMD原子）相連,設(shè)定一個(gè)假想的原子作為施力原子，這個(gè)實(shí)際并不存在的原子就叫做假原子（atom ）。假原子通過一根假想的彈簧與系統(tǒng)中真實(shí)存在的某個(gè)原子（稱為牽拉時(shí)，假原子以恒定的速度運(yùn)動(dòng)，因此 稱這種牽拉方式為恒速牽拉。實(shí)際上被牽 拉原子（SMD原子）的速度不是恒定的。SMD原子所受拉力由彈簧的形變和彈性系數(shù)決定，滿足胡克定律:LT F喻4又有:VLr vtr (rrTo)ur其中F是SMD原子所受的力,X是假想彈簧的形變量。它等于假原子的位移 Vt減r去SMD原子的位移，其中r0是SMD原子圖恒速牽拉的圖示。圖中SMD原子是藍(lán)色的，假原子（dummyatom ）是紅色的，

6、二者之間有一根假想的彈簧相連。假原的初始位置，r是SMD原子的當(dāng)前位置。因此，SMD原子的受力可以計(jì)算出 來，然后根據(jù)牛頓定律計(jì)算它的運(yùn)動(dòng)情況。子以恒定的速度運(yùn)動(dòng)，彈簧發(fā)生形變后作用4.2.1設(shè)定SMD原子和固定原子于SMD原子，于是SMD原子開始運(yùn)動(dòng)。(Fixed atom )NAMD使用pdb文件中的 B因子1 (非欄區(qū)別哪些原子是被固定的，哪些原子未被固定：如果某個(gè)原子在該欄中的對(duì)應(yīng)值是o值即可），那么該原子被固定，在整個(gè)動(dòng)力學(xué)模擬過程中，它的空間坐標(biāo)不會(huì)變化；反之 如果為0,那么該原子不受影響。知識(shí)鏈接：PDB文件的格式使用寫字板打開common目錄下我們剛剛制作的ubq_ww_eq.

7、pdb ,可以看到文件的內(nèi)容分成幾欄（column ）：M閽固.MSB0曾nbq >w eq -寫字板CRYST10.0000.0000,000 90.00 00.0090,00P 11ATOffl1NJ127.70124,3583.冏1.000.0DuATOm2HTlMETJ127.29123.4V93. 041kOO0.00uATOffi3HT2METu128.24224,2254.033hOO0.00uATOM4HT3METIT128, 34324, 4972. 348kOO0.00uATOM5CAMETIT126, 59925. 2fi03. 2521.000.00uAiorn6

8、HAMETu126, 24925. seo2. 2851.000.00uATOM7CBTiffiTJ125.3552% 6453. 99。1,000,0 口uATOffl8HEIMETJ124.53825.3S3工364LOO0.00uATOMgHB2METJ125.09723.7113,4451.000.00uATOfll£0OGMETIT125. S8624. 3935.423kOO0.00uATOJI11HGLHETIT126. 5S823, 9£25. 6141. 000.00uATOM12HGZTT：J125 68225,4155,359LOO0.00uATOM1

9、33DMETJ124.36923,466. 1561.000.00uATOffi14C£METUi24.T2T23, S23LSI 21.000.00uATOHl15HEkMETITi25, 53222. 9958, 2391.000.00uATOM16METIT 川一筌里14K3%,(3)(4)(6)(7)(8)(9)(1t>)文件褊輯直看插入(1)輅式幫助此在上圖中，給我們提供有用信息的共有10欄數(shù)據(jù)，已在圖中標(biāo)注出：(1 )表示所指示為原子(2)該原子序列號(hào)(3) IUPAC標(biāo)準(zhǔn)格式的原子名稱(4)殘基名稱(5)殘基序列號(hào)(6)原子的X坐標(biāo)(7)原子的Y坐標(biāo)(8)原子的Z

10、坐標(biāo)(9)位置(Occupancy )(10)溫度因子或 B因子(beta factor )其中后兩欄在動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)候被NAMD用于標(biāo)記兩類特殊的原子：位置 (Occupancy )欄用于標(biāo)記SMD原子，B因子一欄用于標(biāo)記固定原子(fixed atom )。4.2.1設(shè)定固定原子(fixed atom )和SMD原子下面我們將使用VMD創(chuàng)建我們所需的pdb文件。我們?cè)诒纠袑⑹褂胮db文件中B因子一欄(即溫度因子)指定哪個(gè)原子將被固定，使用位置( occupancy ) 一欄指定哪個(gè)原 子作為SMD原子被牽拉。1、在VMD中選擇File 一 New Molecule 菜單項(xiàng)，單擊 Brows

11、e 按鈕找到common 目 錄下的文件ubq.psf ,載入它。不要關(guān)閉 Molecule File Browser 窗口，注意Load file for 一項(xiàng)應(yīng)當(dāng)顯示1:ubq.psf 。再次單擊Browse 按鈕，載入common 目錄下的 ubq_ww_eq.pdb 。關(guān)閉Molecule File Browse 窗口，在VMD圖形窗口中應(yīng)當(dāng)可以看到?jīng)] 有水分子的泛素分子(圖)。圖載入除去水分子后的泛素分子-I匚| X|H Vllf LELS 抑 eiiGL Ui splay2、在VMD tk中輸入以下命令，固定第一個(gè)氨基酸殘基的a碳:set allatoms atomselect t

12、op allresid 1 and name CA”$allatoms set beta 0set fixedatom atomselect top$fixedatom set beta 1卜面是對(duì)命令的解釋:set allatoms atomselect top all新建了一個(gè)變量 allatoms , 它代表體系中的所有原子。$allatoms set beta 0 所有原子在pdb文件中的B欄（即beta ）全部設(shè)為0。set fixedatom atomselect top伺sid 1 and name CA” 新建一個(gè)變量fixedatom ，代表第一個(gè)氨基酸殘基的a碳。$fixe

13、datom set beta 1 fixedatom 所代表的原子第一個(gè)氨基酸殘基的a碳的B欄被設(shè)置為1。這樣NAMD會(huì)在分子動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)保持該原子固定。同樣地，我們還需要設(shè)定哪一個(gè)原子將被牽拉。前面提到過，被牽拉的原子就叫做 SMD原子。對(duì)于這一種原子，NAMD使用pdb文件中的"位置"（occupancy ） 一欄進(jìn)行標(biāo)記。同樣地，0代表不受影響的原子，標(biāo)記為1的原子將被牽拉。設(shè)置方法仍然是在tk中輸入命令進(jìn)行。$allatoms set occupancy 0set smdatom atomselect top“ resid 76 and name CA ”$smda

14、tom set occupancy 1以下是對(duì)上述命令的解釋：$allatoms set occupancy 0 當(dāng)前 pdb 文件中所有原子的 “ occupancy ” 欄設(shè)置為0。set smdatom atomselect top“resid 76 and name CA ” | 新建了一個(gè)變量smdatom ，代表第76個(gè)氨基酸（即最后一個(gè)氨基酸）的a碳。$smdatom set occupancy 1 變量 smdatom 所代表的原子的 occupancy 一欄設(shè)定為1 ,這樣NAMD會(huì)在分子動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)將假想的力作用于該原子上。完成上述設(shè)定之后，我們需要讓VMD輸出我們?cè)O(shè)置好的

15、文件。如果當(dāng)前目錄不是common ,用 cd命令改變當(dāng)前目錄至Ucommon 中，然后輸入：$allatoms writepdbubq_ww_eq.ref回車后會(huì)在當(dāng)前目錄生成文件ubq_ww_eq.ref ,這就是我們進(jìn)行 SMD所需的文件，它記錄了泛素的結(jié)構(gòu)，以及哪一個(gè)原子作為固定原子（ fixed atom ）,哪一個(gè) 作為牽拉原子。不要關(guān)閉VMD ,將所有窗口最小化。使用寫字板打開common目錄下的文 件ubq_ww_eq.ref ,注意打開時(shí)“文件類型”依然要選擇“所有文件（*.* ）”否則將看不到該文件。在文件開頭第六行即可找到固定原子一一第一個(gè)氨基酸甲硫氨酸的“碳。這個(gè)原子的

16、B因子一欄為1.00 ,而其它原子都為0.00 (圖)。拖動(dòng)滾動(dòng)條向下，一直到倒數(shù)第四行，可以看到我們定義的 SMD原子一一最后一個(gè)氨 基酸甘氨酸的a碳。這個(gè)原子的Occupancy 一欄是1.00 ,而其它原子都是0.00 (圖)。需要說明一點(diǎn)：在上面兩張圖中出現(xiàn)的原子坐標(biāo)數(shù)值(第 7、8、9欄數(shù)值)可能和讀 者看到的不一致。這是因?yàn)閯?dòng)力學(xué)模擬中，能量平衡( equilibration ) 一步中各個(gè)原子的 初始速度是隨機(jī)選擇的。我們使用的pdb文件是各個(gè)原子能量平衡結(jié)束后的末速度，因?yàn)槌跛俣仁请S機(jī)的，末速度也不一定相同。4.2.2設(shè)定拉力的方向現(xiàn)在，關(guān)閉寫字板。我們已經(jīng)設(shè)定了固定原子( f

17、ixed atom )和SMD原子。下面我 們需要做的是設(shè)定拉力的方向。我們定義拉力的方向?yàn)檠毓潭ㄔ? fixed atom )和SMD原子的連線方向（即由固定原子到SMD原子的矢量的方向）。在VMD tk 中輸入：set smdpos lindex $smdatom get x y z 0set fixedpos lindex $fixedatom get x y z 0vecnorm vecsub $smdpos $fixedpos輸入以上命令后，tk中給出三個(gè)數(shù)值，這三個(gè)值就是固定原子（fixed atom ）到SMD原子的矢量坐標(biāo)，分別為 x, y, z坐標(biāo)。記下這三個(gè)值（圖），我們

18、后面還會(huì)用到。然后關(guān) 閉VMD即可。圖假想的拉力矢量的坐標(biāo)現(xiàn)在我們已經(jīng)得到了文件： ubq_ww_eq.ref ,這個(gè)文件儲(chǔ)存了原子的位置，以及哪個(gè)原子是固定原子，哪個(gè)原子是SMD原子。下一步我們將制作 NAMD配置文件。注意在下面的步驟中一定要避免輸入錯(cuò)誤，否則很可能導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)模擬無法正常進(jìn)行。我們將對(duì)一個(gè)樣本配置文件進(jìn)行修改，制作我們所需要的配置文件。在實(shí)際工作中， 讀者也可以修改NAMD教程中提供的樣本配置文件，得到自己所需要的文件。1、使用Windows資源管理器獲得我們所需的樣本配置文件sample.conf 。文件在common目錄下。將這一文件粘貼到 3-1-pullcv 目錄下

19、，然后改名為ubq_ww_pcv.conf 以 和其他文件相區(qū)分。2、使用寫字板打開 ubq_ww_pcv.conf ?，F(xiàn)在我們看到的是一個(gè)配置文件的樣本 （圖）。瀏覽一下可以發(fā)現(xiàn)很多參數(shù)是用戶需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定的。事實(shí)上，這個(gè)樣 本配置文件就是NAMD動(dòng)力學(xué)模擬配置文件的基本藍(lán)本，用戶可以在此基礎(chǔ)上量身定做符合 自己需要的配置文件。圖NAMD配置文件樣本3、在 Job Description一欄力口入：# N- C- Termini Constant Velocity Pulling當(dāng)然這只是一個(gè)注釋，不加也不會(huì)影響我們的動(dòng)力學(xué)模擬。4、在Adjustable Parameters一部

20、分進(jìn)行如下改變，以符合我們本次動(dòng)力學(xué)模擬的實(shí)際條件：structure mypsf.psf-structure ./common/ubq.psfcoordinates mypdb.pdb-coordinates ./common/ubq_ww_eq.pdboutputName myoutputfoutputName ubq_ww_pcv以上各項(xiàng)的含義參見|2.3.1 配置文干|5、在Input 一部分進(jìn)行如下改變，以符合我們本次動(dòng)力學(xué)模擬的實(shí)際條件:parameters par_all27_prot_lipid.inpf parameters ./common/par_all27_prot_l

21、ipid.inp我們沒有使用周期性邊界條件，因此不需要設(shè)置Periodic Boundary Conditions部分。此夕卜 Force-Field Parameters,Integrator Parameters和 PME三項(xiàng)也不需改變。6、Constant Temperature Control運(yùn)動(dòng)：一項(xiàng)應(yīng)該關(guān)閉，因?yàn)闇囟瓤刂瓶赡芨蓴_原子的langevin on f langevin off7、Constant Pressure Control8、Fixed Atoms Constraint不需要進(jìn)行改變，默認(rèn)是不啟用。需要啟用。請(qǐng)對(duì)前兩行作出如下改變:if 0 - if 1 fixed

22、AtomsFile myfixedatoms.pdbf fixedAtomsFile ./common/ubq wweq.ref(注：和C語言中判斷表達(dá)式真假類似，if1表示條件成立，if0表示條件不成立)第三行不需要改變，因?yàn)槲覀兪鞘褂肂值這一欄設(shè)定固定原子的。如果在實(shí)際工作中使用了其他欄，就需要在這里作出相應(yīng)改變以通知NAMD那一欄用于標(biāo)記固定原子。9、IMD Settings一項(xiàng)不需要改變，默認(rèn)是不啟用10、在Extra Parameters一部分輸入以下內(nèi)容：SMDonSMDFile./common/ubq_ww_eq.refSMDk7SMDVel0.005上面的內(nèi)容的作用是：通知NA

23、MD我們將使用SMD原子。SMD原子和假原子之間的彈簧彈性常數(shù)為7 kcal/mol/A 2 (1 kcal/mol = 69.479 pN /A )。SMDVel 一項(xiàng)設(shè)定的就是假原子的速度。這里設(shè)定為0.005A /timestep 。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)定 Itimestep = 2fs ,因此假原子的速度為2.5A /ps。在實(shí)際動(dòng)力學(xué)模擬過程中，假原子將以該恒定速度運(yùn)動(dòng)，并通過一個(gè)假想的彈簧同 SMD原子相連，牽拉SMD原子運(yùn)動(dòng)。11、在Extra Parameters部分我們還需要制定拉力的方向。請(qǐng)輸入SMDDirnx ny nz注意nx, ny, n z三個(gè)參數(shù)就是我們?cè)?4.2.2 一節(jié)

24、求出的矢量的坐標(biāo)。12、接下來繼續(xù)輸入：SMDOutputFreq 10這個(gè)值指定每隔多少步輸出一次SMD過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)13、最后，在Execution Script部分將動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)間改為20000步，相當(dāng)于40Ps :run 50000 一 run 20000然后保存文件，關(guān)閉寫字板。我們已經(jīng)完成了配置文件的設(shè)定。提示請(qǐng)?jiān)俅巫⒁?，我們的設(shè)置僅僅是為了使得動(dòng)力學(xué)模擬能夠迅速完成，因此采取了許多 不恰當(dāng)?shù)捏w系設(shè)定。比如，具有科學(xué)意義的動(dòng)力學(xué)模擬應(yīng)當(dāng)至少計(jì)算幾個(gè)ns （幾百萬步），牽拉速度應(yīng)該盡可能慢一些，在0.1A/ps左右。并且正如我們提到的，絕不可以忽略水分子。4.2.4 SMD 模擬下面

25、我們可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬了。為了保證模擬正常進(jìn)行，請(qǐng)確認(rèn) 3-1-pullcv 目錄下 是否有文件 ubq_ww_pcv.conf , 并確認(rèn) common 目錄下有以下文件：ubq.psfubq_ww_eq.pdbubq_ww_eq.refpar_all27_prot_lipid.inp下面，打開terminal ,使用cd命令改變當(dāng)前目錄到 namd-tutorial/namd 目錄下（即 NAMD所在目錄），然后輸入：namd2 ./3-1-pullcv/ubq_ww_pcv.conf > ./3-1-pullcv/ubq_ww_pcv.log實(shí)測：CPU: Pentium M740

26、 1.73GHz,內(nèi)存：512M 可以在 10min 之內(nèi)完成。結(jié)果的獲得與分析將在4.4節(jié)講解。4.3恒力牽拉下面我們將進(jìn)行另一種類型的 SMD模擬：恒力牽拉。我們?nèi)孕枰潭ㄒ粋€(gè)原子并指定 另一個(gè)原子被牽拉，但是拉力是恒定的，直接作用于SMD原子上。因此不需要指定假原子以及假想彈簧的彈性系數(shù)。4.3.1設(shè)定固定原子(fixed atom )和SMD原子我們?cè)诒纠腥詫⑹褂?pdb文件中B因子一欄(即溫度因子)指定哪個(gè)原子將被固定， 使用位置(occupancy ) 一欄指定哪個(gè)原子作為SMD原子被牽拉，并設(shè)定拉力的大小。1、在VMD中選擇File 一 New Molecule菜單項(xiàng)，單擊 B

27、rowse 按鈕找到common 目錄下的文件ubq.psf ,載入它。不要關(guān)閉 Molecule File Browser 窗口，注意Load file for 一項(xiàng)應(yīng) 當(dāng)顯示0:ubq.psf 。再 次單擊Browse 按鈕，載入common 目 錄下的 ubq_ww_eq.pdb 。關(guān)閉Molecule File Browse 窗口，在VMD圖形窗口中應(yīng)當(dāng)可以看到?jīng)] 有水分子的泛素分子2、在VMD tk中輸入以下命令，固定第一個(gè)氨基酸殘基的“碳：set allatoms atomselect top all$allatoms set beta 0set fixedatom atomsel

28、ect topresid 1 and name CA ”$fixedatom set beta 13、輸入以下命令，設(shè)定 SMD原子和拉力的大?。?allatoms set occupancy 0set smdatom atomselect topresid 76 and namd CA”$smdatom set occupancy 11.54這樣第76個(gè)殘基的a碳的 Occupancy 一欄被設(shè)定為11.54 ,其他原子都為 0。這 樣不僅設(shè)定了 SMD原子，而且設(shè)定了拉力大小為 11.54 kcal/mol/A °。相當(dāng)于800pN (8.0 x 10 -10N)4、下面設(shè)定拉力

29、的方向。$smdatom set x nx$smdatom set y ny$smdatom set z n注意nx, ny , nz三個(gè)參數(shù)就是我們?cè)?.2.2 一節(jié)求出的矢量的坐標(biāo) (0.3671,0.3783,0.8498)。設(shè)定好之后圖形窗口顯示一個(gè)極度變形的分子。不過沒有關(guān)系，這是因?yàn)閂MD將我們?cè)O(shè)定的拉力坐標(biāo)按照原子的坐標(biāo)顯示出來了。5、下面在tk中首先使用cd命令改變當(dāng)前目錄到 common目錄下，然后輸入$allatoms writepdb ubq_ww_eq2.ref保存我們的設(shè)定。然后打開Windows資源管理器，找到common目錄下，檢查一下是否已經(jīng)有ubq_ww_eq

30、2.ref 文件？如果有了，就可以關(guān)閉VMD。4.3.2 配置文件和上一節(jié)我們進(jìn)行的過程一樣，我們還需要修改樣本配置文件sample.conf ,制作我 們需要的配置文件。首先打開資源管理器，將 common目錄下的sample.conf 拷貝到3-2-pullcf目錄下，并改名為ubq_ww_pcf.conf ,然后用寫字板打開該文件開始編輯：3、在 Job Description一欄加入：# N- C- Termini Constant Force Pulling當(dāng)然這只是一個(gè)注釋，不加也不會(huì)影響我們的動(dòng)力學(xué)模擬。4、在Adjustable Parameters一部分進(jìn)行如下改變，以符合我

31、們本次動(dòng)力學(xué)模擬的實(shí)際條件：structure mypsf.psfcoordinates mypdb.pdboutputName myoutput-以上各項(xiàng)的含義參見2J1配置文件5、在 Inputstructure ./common/ubq.psfcoordinates ./common/ubq_ww_eq.pdboutputName ubq_ww_pcf部分進(jìn)行如下改變，以符合我們本次動(dòng)力學(xué)模擬的實(shí)際條件:parameters par_all27_prot_lipid.inpf parameters ./common/par_all27_prot_lipid.inp同上一節(jié)，我們不需要設(shè)置

32、 Periodic Boundary Conditions一部分。此夕卜Force-FieldParameters,Integrator Parameters 和 PME 三項(xiàng)也不需改變。6、同上一節(jié)，Constant Temperature Control一項(xiàng)應(yīng)該關(guān)閉，因?yàn)闇囟瓤刂瓶赡芨蓴_原子的運(yùn)動(dòng)：langevin on f langevin off不需要進(jìn)行改變，默認(rèn)是不啟用。需要啟用。請(qǐng)對(duì)前兩行作出如下改變：- if 1 f fixedAtomsFile ./common/ubq ww默認(rèn)是不啟用7、Constant Pressure Control8、Fixed Atoms Cons

33、traintif 0 fixedAtomsFile myfixedatoms.pdb eq2.ref9、IMD Settings一項(xiàng)不需要改變部分輸入以下內(nèi)容：10、在 Extra Parametersconstantforceyesconsforcefile./common/ubq_ww_eq2.ref上面的內(nèi)容的作用是：通知NAMD我們將對(duì)SMD原子施加一個(gè)恒定的拉力。拉力的大O拉力的方向不需要在此指定,小就是Occupancy 一欄我們?cè)O(shè)定的值 11.54 kcal/mol/A因?yàn)槲覀儎偛乓呀?jīng)記錄到了ubq_ww_eq2.ref文件中。11、最后，在Execution Script部分將

34、動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)間改為20000步，相當(dāng)于40Ps :run 50000 一 run 20000然后保存文件，關(guān)閉寫字板。我們已經(jīng)完成了配置文件的設(shè)定。4.3.3 動(dòng)力學(xué)模擬下面我們可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬了。為了保證模擬正常進(jìn)行，請(qǐng)確認(rèn) 3-2-pullcf目錄下 是否有文件 ubq_ww_pcf.conf , 并確認(rèn) common 目錄下有以下文件：ubq.psfubq_ww_eq.pdbubq_ww_eq2.refpar_all27_prot_lipid.inp下面，打開terminal ,使用cd命令改變當(dāng)前目錄到 namd-tutorial/namd 目錄下（即 NAMD所在目錄），然后輸入：

35、namd2 ./3-2-pullcf/ubq_ww_pcf.conf> ./3-2-pullcf/ubq_ww_pcf.log實(shí)測：CPU: Pentium M740 1.73GHz,內(nèi)存：512M 可以在 10min 之內(nèi)完成。4.4結(jié)果分析4.4.1 恒速拉伸SMD結(jié)果分析我們將在本節(jié)中分析恒速拉伸SMD的結(jié)果。如果讀者沒有成功完成動(dòng)力學(xué)模擬，可以使用3-1-pullcv/example-output中的結(jié)果文件。4.4.1.1 日志文件首先我們看一下輸出的日志文件。打開寫字板，找到日志文件 3-1-pullcWubq_ww_pcv.log打開它。向下拖動(dòng)滾動(dòng)條，是否發(fā)現(xiàn)比我們第一次

36、動(dòng)力學(xué)模擬的日志文件多了一些內(nèi)容？讀者可以找到1-2-sphere/ubq_ws_eq.log對(duì)照一下增加的內(nèi)容（圖）。置ifbq_ir_puT -寫字板Jn文件舊 褊輯舊 查看（V）插入co 格式® 幫助oo口|¥舊|管I® 闖 相嘲電H 曳jETITLE:TSB0MDAJTGLEDIKED0PEK吟 EKEEND切 SYSTEM 工鼬FILESWIt 39. 2904 38. 5471 32.8393.3831 13.7S94 3L 0079, 3933561： 316C38 32. S5 H 2601; W. 1205 22. 7573SfflD3C 39.

37、 2642 38. 6804 32. 813； ?7-8025 28. 635S 64. 3927M 33. 27S1 38. 7534 32. S04： 32.3131 33.2363 74.S512SID51 39.253 38.7697 32.7475 5).3944 5 L 0049 116.717ENERGY; 0233.5451707. 7219411. 1340圖輸出文件中新增的內(nèi)容可以看到，在每次輸出ENERGY之后，緊接著增加以 SMD開頭的幾行文字 （圖）， 這是NAMD輸出的關(guān)于SMD原子（即我們定義的第 76氨基酸的a碳）的數(shù)據(jù)。圖中（1）記錄的是步數(shù)，（2）記錄的是輸

38、出時(shí) SMD原子的坐標(biāo)，（3）記錄的是輸出時(shí) SMD原子所受拉力的大?。▁,y,z三個(gè)方向上的分力）4.4.1.2 軌跡動(dòng)畫下面我們將看一看動(dòng)力學(xué)模擬生成的原子運(yùn)動(dòng)軌跡，直觀地感受一下泛素肽鏈?zhǔn)侨绾?被拉力拉開的。1、打開 VMD ,選擇 File 一 New Molecule菜單項(xiàng)，單擊按鈕 Browse 找 Uncommon目錄下的ubq.psf ,載入該文件； 不要關(guān)閉Molecule File Browser 窗口，注意Load file for 一項(xiàng)應(yīng)當(dāng)顯示 0:ubq.psf 。再次單擊 Browse按鈕，載入 3-1-pullcv目錄下的軌跡文件ubq_ww_pcv.dcd 。關(guān)

39、閉Molecule File Browse窗口，在VMD圖形窗口中應(yīng)當(dāng)可以看到 泛素分子。2、為了更形象的觀察蛋白質(zhì)分子的變化，我們需要改變一下顯示模式。選才i Graphic s一 Representation 菜單項(xiàng)，打開顯示模式設(shè)置，將Drawing Method一項(xiàng)由Lines改為Cartoon （圖）以便直觀地觀察到二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。然后調(diào)節(jié)主窗口右下角的速度滑塊至中央，單擊最右邊的播放按鈕，就可以看到整個(gè)過程的動(dòng)畫了:-Jni2slVBD lain速度滑塊 革上此調(diào)節(jié)到中部鬻某 始播放loop 為注意Cartoon 模式下二級(jí)結(jié)構(gòu)的表示：“螺旋為圓柱，3片層為片層箭頭,線繩。但是因?yàn)?/p>

40、 VMD不會(huì)每一幀都將二級(jí)結(jié)構(gòu)重新渲染，因此我們看到，在動(dòng)畫的整個(gè)過 程中肽鏈都是線繩狀（圖）。這是因?yàn)槲覀儚淖詈笠粠_始渲染。最后一幀時(shí)，整個(gè)肽鏈都 處于伸展?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于全是loop；因此VMD在渲染其它幀的時(shí)候也認(rèn)為整條肽鏈都是loop,從而以線繩表示3、單擊播放控制滑塊，將它向右推到第一幀，這時(shí)的蛋白還是以loop形式表示的（圖）。我們需要讓VMD重新渲染一下以正確地看到二級(jí)結(jié)構(gòu)。方法是打開tk ,輸入命令：mol ssrecalc top圖：伸展?fàn)顟B(tài)下 VMD認(rèn)為整個(gè)肽鏈都是loop將播放控制滑塊推到開頭第一幀圖將播放控制滑塊推到第一幀ran i .產(chǎn)三的"L叫。.t可以看到

41、VMD重新對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了渲染(圖)。按照此方法可以逐幀地觀察肽鏈被拉開的過程中二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化 ，研究一下在拉伸的過程中哪一種二級(jí)結(jié)構(gòu)先消失，哪一種后消失。下面顯示的是調(diào)整其他參數(shù)后渲染出的三幀。圖中左下灰色圓球?yàn)楣潭ㄔ?，右?角的灰色圓球是SMD原子。知識(shí)鏈接：蛋白質(zhì)的解折疊途徑( unfolding pathway )做到這一步，可能有的讀者會(huì)問，我們用一個(gè)假想的拉力將蛋白質(zhì)拉開解折疊有什么實(shí)際意義呢？事實(shí)上，蛋白質(zhì)的解折疊途徑是生命體中很重要的一個(gè)過程。我們知道，除少數(shù)在線粒體和葉綠體中所合成的蛋白質(zhì)之外， 游離核糖體和內(nèi)置網(wǎng)膜上的核糖體所合成的蛋白質(zhì)，-般都含有分揀信號(hào)(sortin

42、g signal ),決定它們的最終去向和定位。分揀型號(hào)可以引導(dǎo)蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，將蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)裝移到細(xì)胞內(nèi)的不同部位。在跨膜的過程中，蛋白質(zhì)必須解折疊，以便于跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。解折疊的過程是蛋白質(zhì)信號(hào)序列或前導(dǎo)序列一端固定在膜上， 整個(gè)肽鏈signal ）序列。這一信號(hào)序列決定了蛋白質(zhì)的趨向和最終定位（470頁）4.4.1.3 牽引力-時(shí)間作圖下面我們將分析牽引拉力隨時(shí)間的變化情況，并使用 Excel進(jìn)行作圖。1、在tk中使用cd命令改變當(dāng)前目錄到3-1-pullcv ,然后輸入：mkdir analysis這樣我們?cè)?-1-pullcv目錄下新建了一個(gè)文件夾analysis ,用于儲(chǔ)存我們分析

43、時(shí)生成的數(shù)據(jù)文件。2、下面我們將使用一個(gè)腳本文件從日志文件中提取NAMD輸出文件中關(guān)于 SMD受力大小的信息。腳本文件就在3-1-pullcv目錄下，讀者可以輸入dir命令查看當(dāng)前目錄下的文件，應(yīng)該有一個(gè)文件為ft.tcl。下面在tk中輸入：source ft.tcl這樣就調(diào)用了腳本文件ft.tcl。調(diào)用之后，腳本會(huì)要求用戶輸入三個(gè)值：n_x , n_y ,n_z。分別輸入我們?cè)?.2.2一節(jié)計(jì)算得到的拉力矢量坐標(biāo)（0.3671,0.3783,0.8498）（圖）。該腳本最后會(huì)在3-1-pullcv/analysis目錄下新建文件ft.dat儲(chǔ)存提取出的數(shù)據(jù)。?il« Cons.ol

44、4 Edi t I nt er p Prefs History Helploading history file ,. 43 events addedMain consols display active (Tel8.4.1 / Tk8.4.1)(VND) 49 % cd . ./nt,u/3-1-pullCV>PIain< (3rpu工up) 5 0 % source ft. tcl Enter a value for n x: .3671Elite rvaluefor輸入我們定義拄力0.3733Bute 匚valuefor向的矢量的坐標(biāo)0,6498 n<(3-i-pullcv) 51 %圖ft.tcl腳本的調(diào)用3、 VMD ,ExcelExcel ,選擇菜單項(xiàng) File 打開，文件類型一欄要選擇“所有文件”，找到3-1-pullcv/analysis目錄下的文件ft.dat,打開它。在彈出的“文本導(dǎo)入向?qū)А敝?，先單擊“下一?xiàng)”，然后一定要選中“空格” 一項(xiàng)，再