Per fer l'optimització del model prendré le model 1.1, tot i que després de realitzar els test es veu que hi ha molt poca diferència entre tots els models.
Execució de Grumos
Per fer l'optimització primerament s'ha de modificar l'arxiu que conté les coordenades del model. Per un costat s'han de tallar els extrems (zones ja no alineades amb Xam), i modificar la darrera línia del fitxer perquè grumos el reconegui com un fitxer .pdb (veure fitxer ).
A continuació, executaré grumos i introduiré les dades, que consisteixen en el nom i path del model i un nom per crear una nova carpeta:
[e16942.bio.acexs.au.upf@au492 subtilisin]$ grumos This program prepares the drivers to run GROMOS package You have to define the pathway in your directory A Protein Data Bank (PDB) file is needed here A generic name may be xxxx.pdb or whatever name you want The only thing you have to comply with is the format PDB Tell me path & file with the structure PDB : NAME > /disc9/BE/e16942/subtilisin/modgrumos.pdb You have to select the name of a directory where you want to work The default option is .../pro-grumos/ Give me the directory name : grumosmodel
Grumos demana aleshores algunes altres opcions, a les que respondré que no ja que no he d'entrar més fitxers ni vull que em netegi el directori creat; i crea els drivers i arxius necessaris pel seu funcionament:
P R O - G R U M O S
Program to run GROMOS package, made in the
Institut de Biologia Fonamental (I.B.F.)
Universidad Autonoma de Barcelona. Spain
and
Department of Physical Chemistry
Uppsala University
Version : 2.0
Author: Baldomero Oliva Nov.1990
Revised and tested by : O. TAPIA Feb.1991
Last revision: Baldomero Oliva (Nov. 1993)
dv jun 13 11:15:37 CEST 2003
At this point you may be interested in carrying out
a free energy calculation, or/and dynamic run
you must define now the files where the restraints are defined
These files are necessary to run other inputs
Do you need some more files? yes/<no> :
Do you want to clean the directory you gave me? yes/<no> :
mkdir: no se puede crear el directorio `coordinates': File exists
mkdir: no se puede crear el directorio `energies': File exists
Now I am going to copy a set of driver names necessary to set up the run
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driveropt_em /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
This is the driver to run the optimization
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driveropt_emS /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
This is the driver to run the optimization of Complex Systems
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driveropt_cem /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driveropt_cemS /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driveropt_cemw /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driveropt_cemi /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/exedriveropt_cem /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/exedriveropt_cemS /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/exedriveropt_cemw /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
[...]
cp /disc9/grumos93/interface/sh/exedriver_lsq /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/driver_lsq /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
cp /disc9/grumos93/interface/sh/exedriver_comp /disc9/BE/e16942/subtilisin/grumosmodel
Ara Grumos ja començarà a oferir els diferents menus per fer els calculs. Primerament escollirem l'opció "Create Inputs", on s'introdueixen les condicions per executar cada procés que es vol fer (aquesta opció no l'executa, després s'ha de posar "Run a process":
R U N N I N G the P R O G R A M
Now you are invited to answer the questions of the menu_grumos
THERE IS NOT A TERMINAL IDENTIFICATION
IN YOUR DATA FILE
Check if the program runs, if it is not then follow
the next instructions.
You must include the finalization before to run
this program.
Write the oxygen terminal of the protein if it is not.
Include as a new line the same last one,substituting
the remark ATOM by TER in your PDB file and restart
the process again .
Options :
<a> =====> Continue
b =====> Break
a
Options :
<a> ====> Create INPUTS
b ====> RUN a process
c ====> ANALYSIS
d ====> NEW SIMULATION
e ====> Logout of this program
a
Dins el menú dels Inputs escollire "Topology", que permet modificar l'arxiu .pdb per tal de tenir en compte els ponts dissulfur i canviar el nom dels residus. A continuacio "Single System" ja que treballem amb un sistema senzill (sempre que ho pregunti escolliré "Single System"):
<a> ====> TOPOLOGY b ====> ENERGY OPTIMIZATION c ====> DYNAMIC d ====> Go to MENU a Options : <a> =====> Single System b =====> Complex System c =====> Reduce and obtain the formatted topology d =====> Modify topology e =====> Go to MENU a
Grumos comença ara a executar Topology. Primer fa una explicació teòrica de les possibilitats que ofereix aquesta opció i a continuació mostra tots els residus del model. Finalment, demana si es vol canviar el nom d'algun residu:
T O P O L O G Y
This program read the PDB file. Then, it decides
if there are disulphide bridges by reading the number
of SSBOND with the residue CYS ( and not other!
e.g. CYSH ),it creates a GSF file (old WVG files)
and the input to run PROGMT.
[...]
In case the simulation with water molecules was selec-
ted, it will be also possible to choose the ionic
stength, and this will be obtained by adding sodium
cloride ions. Depending in the tolerance of the error
to get the ionic strength it will be made the BOX
which hold the system, that means , if the tolerance
is very small then the BOX will increase at the same
time than the number of ions until the correct point
will be reached.
T I T L E
Name of PDB file : modgrumos.pdb
Aminoacid( 1): VAL
Aminoacid( 2): ASN
Aminoacid( 3): GLU
Aminoacid( 4): LEU
Aminoacid( 5): PRO
Aminoacid( 6): GLU
[...]
Aminoacid(284): THR
Aminoacid(285): ALA
Aminoacid(286): PRO
Aminoacid(287): ASP
Aminoacid(288): GLU
Number of aA in the chain: 288
Do you want change the name of some residue, YES/<NO> :
No canviaré el nom de cap residu ni faré cap de les opcions que ofereix a continuació, ja que el model no presenta ponts dissulfur (l'anàlisi amb RasMol mostra que les Cys es troben a una distància molt gran i no poden formar ponts dissulfur):
CYS residues list : Residue CYS : 35 Residue CYS : 157 You must call CYS1-CYS2 the residues with the bond Are there disulphide bridges? YES/: Do you want change the name of some residue, YES/<NO> :
Les següents opcions, referides a les condicions en les que es troba el model, les prendré per defecte, és a dir, proteïna sense solvent (per simplificar) i pH fisiològic:
Options
<1> Non inertial solvent, NIS model
2 Explicit WATER SPC simulation
3 Explicit WATER SPC/E simulation
4 Charged Force Field in vacuum
Value: 1
Options
<1> Head NH3 and Tail COO ==> 6 < pH < 8
2 Head NH3 and Tail COOH ==> 0 < pH < 2
3 Head NH2 and Tail COO ==> 12 < pH < 14
4 Head NH2 and Tail COOH ==> Specific cases
Value: 1
Una vegada realitzada la topologia torna a aparèixer el menú inicial i aquesta vegada escolliré l'opció "Run a process", que executarà el procés de la topologia amb les opcions que li he entrat:
Options : <a> ====> Create INPUTS b ====> RUN a process c ====> ANALYSIS d ====> NEW SIMULATION e ====> Logout of this program b
Aquesta opció presenta un nou menú. D'aquest tornaré a agafar l'opció "Topology" perquè executi la topologia que li he introduit anteriorment:
Options to RUN :
<a> ====> TOPOLOGY
b ====> ENERGY OPTIMIZATION
c ====> DYNAMIC
d ====> Go to MENU
a
Options :
<a> =====> Single System
b =====> Complex System
c =====> Reduce and obtain the formatted topology
d =====> Modify topology
e =====> Transform formated to binary topology
f =====> Modify the water BOX
g =====> Add water molecules to the optimized solute
h =====> Add counter ions to the solvated solute
i =====> Go to MENU
a
Directory where is the work : /disc9/BE/e16923.1/grumos/grumosmodel
Running the topology without ions
rm: no se puede borrar `fort.10': No such file or directory
rm: no se puede borrar `fort.11': No such file or directory
rm: no se puede borrar `fort.12': No such file or directory
rm: no se puede borrar `fort.9': No such file or directory
ERRORS IN THE OUTPUT OF PRUGMT :
LAST 5 LINES OF PRUGMT-OUTPUT
NAEX14: 4263
NATOM NCAG NAEX NAEX1-4 NBONH NBON NTHEH NTHE NQHIH NQHI NPHIH NPHI NRPD NRPA
2524 1542 6685 4263 515 2039 955 2763 420 814 95 1287 0 0
The topology is ready
Including polar Hydrogens
515 HYDROGEN ATOMS WILL BE GENERATED
ERRORS IN THE OUTPUT OF PRUGCH :
LAST 5 LINES OF PRUGCH-OUTPUT
3. A T O M C O O R D I N A T E S :
Una vegada ha indicat "topology is ready" la topologia ja està acabada correctament. A continuació s'optimitzarà el model, minimitzant l'energia del sistema. Per fer-ho, escolliré de nou l'opció "Create Input" i, dins d'aquesta, "Energy optimisation":
Options : <a> ====> Create INPUTS b ====> RUN a process c ====> ANALYSIS d ====> NEW SIMULATION e ====> Logout of this program a Options of INPUT : <a> ====> TOPOLOGY b ====> ENERGY OPTIMIZATION c ====> DYNAMIC d ====> Go to MENU b
Grumos pregunta si ja s'ha realitzat la topologia. L'he fet abans, o sigui que li respondré que si:
Have you run the TOPOLOGY program ? no/<yes> Options : <a> =====> Single System b =====> Complex System
Ara comença l'optimització. Primerament fa una explicació de l'optimització i pregunta diferents paràmetres. L'optimització la faré amb el mètode Steepest Descent, que calcula el gradient energètic (conjugate gradient fa el mateix pero té en compte els gradients anteriors, de manera que és molt més costós). La optimització la realitzaré 10 vegades, amb 1000 passos per cada vegada:
O P T I M I Z A T I O N
The optimization can be done by one of three
different geometry methods :
[...]
In case the method of Conjugate Gradient was chosen,
it will be necessary to especify how many times the
energy gradient in the step must be modified
Options
<1> Conjugate Gradient & Steepest Descent
2 Steepest Descent
3 Conjugate Gradient
Value: 2
Number of steps in each run: 1000
How many times the optimization must be run? : 10
First value of Lambda (parameter) <0.05> :
Maximum value of Lambda (parameter)<0.10> :
A continuació demana les opcions de Shake (primer fa una explicació), per optimitzar les distàncies d'enllaç. No prendré aquesta opció:
Select now SHAKE options
If you use SHAKE we suggest you to select
bond-stretchings only. Bond angle and
[...]
Length = BO
Options
<1> SHAKE is not used
2 Constraints from IBH-JBH,length=BO
3 Constraints from IBH-JBH,length from CONSTR
4 In adition from IB-JB,length=BO
5 In adition from IB-JB,length from CONSTR
Value : 1
Després calcula l'energia elèctrica i de Van der Waals. Ho faré per grups, ja que té més sentit que fer-ho per àtoms perquè, com que els grups són ressonants, les càrregues no estan sempre al mateix àtom sinó que es distribueixen en el grup:
The calcul of the electric energy and
Van der Waals energy can be made by three
different methods :
[...]
steps it will change. The program will ask for
the number of steps to do it. And the groups are
already defined by the topology program.
Options
<1> By interaction between groups pair
2 By interaction between atoms pair
3 By scanning
4 By grid cells
Value : 1
Grumos demana ara alguns paràmetres, que prendré per defecte a excepció del radi d'interacció, on posaré un nombre molt elevat:
After how many steps the list change <10> :
The program will ask now for the radius value
of cut-off & cut-on, RCUTL>RCUTP, as though
as the radius values for the switching function.
You can see :
Effects of Truncating Long Range Forces on
Protein Dynamics
Loncharich ,R.J. & Brooks ,B.R.
Division of Computer Research & Technology
National Institutes of Health (Bethesda)
PROTEINS (1989) 6 , pp 32-45
or
Cut-off size does strongly influence Molecular
Dynamics results on solvated polypeptides
Schreiber,H. & Steinhauser, O.
BIOCHEMISTRY (1991) 31 , pp 5856-5860
Value of RCUTP < 0.8 nm> :
Value of RSWI2 <10.0 nm> :
Value of RCUI2 <10.0 nm> :
Value of RCUTL < 1.3 nm> :
Sequence radius to calculate the interaction: 999999
Finalment, es pregunten les condicions d'enllaç i constriccions del model. Com que no en té, respondrem sempre que no:
At this point it will be possible to choose
the shape and also the size of the BOX.
Inside of this BOX the protein and molecules
surrounding will remain defined using the
BOUNDARY CONDITIONS algorithm .
Options
<1> No periodicity is taked into account
2 Octahedric BOX,BETA=90
3 Rombohedric BOX, chose BETA
Value : 1
At this point the program will ask for the different
constraints.
It will be necessary to especify the name of the file
which has the atoms to restrain. In that case these
must have been alocated in the working directory either
from the beginning or before you run the program.
The next questions will be related with the strength
of the constraints and the distance between atoms,
and to understand this questions read the
GROMOS manual before.
Options
<10> No position restraining
2 Position restraining using CHO
3 Idem using CHO/atomic B-factors
Value :
Options
<10> No distance restraining
2 Distance restraining using CDIS
3 Idem using CDIS*weight factors
Value :
Options
<10> No dihedral restraining
2 Restraining using CDLR*weight factors
Value :
Print energy every n-steps, n=: 100
Ja per acabar, tornaré a escollir la opció "Run a process" per executar l'optimització d'energia:
Options : <a> ====> Create INPUTS b ====> RUN a process c ====> ANALYSIS d ====> NEW SIMULATION e ====> Logout of this program b Options to RUN : <a> ====> TOPOLOGY b ====> ENERGY OPTIMIZATION c ====> DYNAMIC d ====> Go to MENU b Options : <a> ====> Single System b ====> Complex System
Grumos pregunta si s'ha fet la topologia, que sí l'he fet, i l'input dinàmic que no l'he fet. A continuació, executa l'optimització:
Have you run the TOPOLOGY program ? no/<yes>
Have you made the DYNAMIC input ? no<yes> no
In this case you will have some errors, but the
the program will run perfectly well.
IF YOU ARE RUNNING A SYSTEM WITH WATER
AS SOLVENT YOU WILL HAVE PROBLEMS
BUILD THE DYNAMICS INPUT FIRST
Do you want continue with the optimization ? no<yes>
Options :
====> Start the optimization
b ====> Continue the optimization
c ====> Optimize the water box
d ====> Optimize the counter-ions
e ====> Go to menu
Directory where is the work : /disc9/BE/e16923.1/grumos/modelgrumos
Running a NIS simulation .
You will found the information about errors in file.err
cp: no se puede efectuar `stat' sobre `.modgrumos_md.dat_old': No such file or directory
cp: no se puede efectuar `stat' sobre `.modgrumos_md.cdat_old': No such file or directory
Ara ja ha acabat. Per sortir del programa, es prem l'opció e del menú d'inici, que torna a aparèixer.
Com a resultat genera tota una sèrie de fitxers amb informacions diferents. Primerament, genera 10 fitxers (li he indicat que fés l'optimització 10 vegades) que contenen l'energia del model. D'aquests, és interessant veure el primer i el darrer dels fitxers (fitxer 1, fitxer 10). El primer pas del fitxer 1 mostra que l'energia inicial del sistema era 0.10943E+05, molt positiva, però al final de l'optimització (darrer pas fitxer 10) l'energia del sistema ha passat a ser -0.17227E+05, és a dir que s'ha negativitzat 10 unitats de magnitud. Així doncs, l'optimització amb grumos ha aconseguit reduir l'energia del sistema.
Per últim, genera també 10 arxius .gsf que contenen les coordenades del model. D'aquest, prendré el darrer (veure fitxer) per testar la optimització respecte el model original usant Xam i Procheck.
