Skip
Cأكاديمية CADD

L9 · 45 دقيقة

مختبر GROMACS أمراً فأمراً

pdb2gmx حتى mdrun ثم التحليل.

الديناميكا الجزيئيةالبرمجة

أهداف التعلّم

  • تنفيذ سلسلة GROMACS من pdb2gmx إلى mdrun مع معرفة مدخلات كل أمر ومخرجاته.
  • تشخيص فشل شائع عند كل بوابة دون اختراع أعلام غير مؤكدة.

سلسلة واحدة، بوابات كثيرة

GROMACS يفصل الطوبولوجيا عن الإحداثيات عن المكامل. pdb2gmx يكتب مجال القوة والبروتونات. editconf يضع الصندوق. solvate يضيف الماء. grompp يدمج ملف .mdp مع الإحداثيات والطوبولوجيا إلى .tpr. genion يستبدل ماء بأيونات. mdrun يُكامل. كل بوابة ترفض بصمت إن مرّرت خطأً إلى التالية. هذا المختبر يمشي الأمر تلو الأمر؛ التحليل (rms, rmsf, gyrate, sasa, hbond) دروس لاحقة وأوامر تُذكر هنا كأفق.

gmx pdb2gmx -f protein.pdb -o processed.gro -water spce

الغرض: تطبيق مجال قوة على البروتين، إضافة هيدروجين حسب اختيارك التفاعلي، وكتابة طوبولوجيا.

المُدخل: ملف PDB نظيف السلسلة قدر الإمكان. الليجند غير القياسي لن يُعامَل هنا كحمض أميني.

المُخرج: processed.gro (إحداثيات) وtopol.top (طوبولوجيا) وملفات posre إن طُلبت قيود.

المعنى: هنا تُحبَس قرارات HIS وtermini ونموذج الماء المتوافق. -water spce يختار SPC/E كموديل ماء متوافق مع خيارات مجال شائعة في GROMOS-like؛ إن اخترت AMBER/CHARMM فستختار نموذج الماء المتوافق في تلك القائمة.

أخطاء شائعة: رواسب غير معروفة (ليجند)، ذرات ناقصة، سلسلة مكسورة، أو اختيار مجال لا يطابق ما ستستخدمه لليجند.

gmx editconf -f processed.gro -o boxed.gro -c -d 1.0 -bt dodecahedron

الغرض: توسيط الجملة وبناء صندوق بهوامش إلى الحافة.

المُدخل: processed.gro من pdb2gmx.

المُخرج: boxed.gro بإحداثيات صندوق في الترويسة.

المعنى: -c توسيط، -d 1.0 هامش بالنانو متر، -bt شكل الصندوق. الهامش قرار PBC لا تجميل.

أخطاء شائعة: نسيان -c يترك البروتين على الحافة. هامش أصغر من أن يكفي لطبقة ماء.

gmx solvate -cp boxed.gro -cs spc216.gro -o solvated.gro -p topol.top

الغرض: ملء الصندوق بماء نموذجي وتحديث عدد جزيئات SOL في الطوبولوجيا.

المُدخل: boxed.gro وصندوق ماء spc216.gro (تكوين قياسي يُعاد توسيعه).

المُخرج: solvated.gro وtopol.top محدَّث بعدد الماء.

المعنى: الماء أصبح جزءاً من N. نسيان -p يترك الطوبولوجيا بلا SOL فيفشل grompp.

أخطاء شائعة: عدم تطابق نموذج الماء مع ما اختير في pdb2gmx، أو بروتين يبرز خارج الصندوق قبل الملء.

gmx grompp -f ions.mdp -c solvated.gro -p topol.top -o ions.tpr

الغرض: تجميع مدخلات المكامل إلى ملف tpr قبل إضافة الأيونات (ولاحقاً قبل كل مرحلة MD).

المُدخل: .mdp (خطوات، قيود، ensemble)، إحداثيات، طوبولوجيا.

المُخرج: ions.tpr وصف كامل للحالة التي سيقرأها genion أو mdrun.

المعنى: grompp هو المدقق: شحنة غير متعادلة، ذرات ناقصة في الطوبولوجيا، و.mdp غير متسق تظهر هنا.

أخطاء شائعة: تحذيرات شحنة، عدم تطابق عدد الذرات بين .gro و.top، أو .mdp يشير إلى مجموعات غير معرّفة.

gmx genion -s ions.tpr -o ionized.gro -p topol.top -neutral

الغرض: استبدال جزيئات ماء بأيونات لتعادل الشحنة (وبعدها يمكن إضافة ملح إن قررت التركيز).

المُدخل: ions.tpr وطوبولوجيا فيها SOL.

المُخرج: ionized.gro وtopol.top بعدد SOL أقل وأيونات مضافة.

المعنى: -neutral يطلب التعادل. الأمر تفاعلي في اختيار مجموعة SOL. الأيونات جزء من الفيزياء الكهربية تحت PME.

أخطاء شائعة: اختيار مجموعة البروتين بدل الماء، أو نسيان تحديث .top، أو طلب تعادل عند نظام متعادل أصلاً دون فهم الخرج.

gmx mdrun -v -deffnm em

الغرض: تشغيل ما وصفه em.tpr: تقليل أو اتزان أو إنتاج حسب .mdp الذي دخل grompp.

المُدخل: em.tpr من grompp (بعد إعداد em.mdp وionized.gro).

المُخرج: em.gro أو مسار، em.edr طاقة، em.log، وربما em.xtc حسب المرحلة.

المعنى: -deffnm يوحّد أسماء الملفات. -v يطبع تقدماً. الفيزياء كلها في tpr لا في هذا السطر.

أخطاء شائعة: LINCS، انفجار طاقة، GPU/CPU غير متوافق مع البناء، أو مسار ناقص لأن القرص امتلأ.

لماذا؟ — لماذا grompp قبل كل مرحلة لا «mdrun على آخر gro فقط»؟

لأن .mdp يتغير: تقليل بلا ضغط، NVT، NPT، إنتاج بأوقات حفظ مختلفة. tpr هو العقد بين الطوبولوجيا والإعداد. تشغيل محرّك بلا إعادة تجميع يُخاطر بمكامل لا يطابق الحالة (قيود، درجة حرارة، خطوات).

ماذا لو؟ — ماذا لو نسيت تمرير الليجند في الطوبولوجيا ومرّ pdb2gmx على البروتين فقط ثم solvate؟

الماء يملأ الجيب مكان الليجند، أو الليجند يبقى إحداثيات يتيمة بلا طوبولوجيا فيفشل grompp، أو — أسوأ — تُسقط الإحداثيات لاحقاً. أدرج الليجند كجزيء في .top بعد parameterization، واحمه من الاستبدال في genion. لا يوجد علم في مسار بروتين فارغ تُسمّيه معقداً.

أفق التحليل بعد الإنتاج

  • gmx rms — درس RMSD.
  • gmx rmsf، gmx gyrate، gmx sasa، gmx hbond — درس المرونة والتفاعل.

مواضيع مرتبطة