泛素的分子动力学模拟研究.docx
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泛素的分子动力学模拟研究
泛素的分子动力学模拟研究
生计11.32013年12月31日
一、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。
二、基本要求
1、使用水盒子，每个轴正负方向各延长7Å；
2、NPT（1atm/1.01325bar；298K）；
3、周期边界条件、PME；
4、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）。
5、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。
6、比较模拟后与模拟之前蛋白结构的差别，给出RMSD。
7、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；
8、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。
（1）psdviewer默认忽略水分子，见图2；
（2）加氢原子，见图3；
（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。
（1）生成PSF结构文件，得到1UBQ_H_autopsf.pdb/psf/log，见图4图5；
（2）添加水盒子（每个轴正负方向各延长7Å），得到文件solvate.pdb/psf/log，见图6；
（3）加入离子，得到ionized.pdb/psf/log，见图7；
（4）生成配置文件得到namd配置文件run1.namd，见图9图10图11图12图13。
图1下载1UBQPDB文件
图2spdbv默认忽略水分子
图3在spdbv中为泛素分子添加氢原子
图4生成psf（上）
图5生成psf下
图6添加水盒子
图7添加离子
图8打开NAMDgui的界面
图9NAMDgui主界面参数设置
图10体系温度压力等设置
图11在TkConsole里计算体系大小及位置
图12根据TKConsole里的数值计算PBC
图13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，如图14。
为保证好的移植性，改为相对路径，如图15。
图14run1.namd默认设置
图15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，见图16。
图16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17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），如图18。
3、第二轮分子动力学模拟（见图19）。
图18run2.namd配置文件
图19第二轮模拟
四、结果
1、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。
2、log2.log查看计算速度，见图20。
图20log2中的计算速度
3、VMD中的NAMDplot查看系统的变化情况，见图21。
4、用VMD查看.dcd记录的模拟轨迹，查看结构变化，见图22。
图21VMD中的NAMDplot查看系统的变化情况
图22用VMD查看.dcd记录的模拟轨迹（图为某一帧）
5、RMSDTrajectoryToll查看rmsd变化，在600帧处达到平衡，见图23。
6、一些其他的重要参数及软件版本号
Ø原子数：
9313
Ø键数：
6625
Ø残基：
2770
Ø水分子：
2694
ØCPU型号：
Intelcorei-32350M
Ø使用的线程数：
2
ØNamd版本：
NAMD_2.7b2_Win32
Ø模拟速度：
0.05/step
ØSpbv版本：
swiss-PdbViewer4.1.0
Ø浏览器版本：
Firefox26.0
ØVMD版本：
1.9.1
ØNAMD版本：
NAMD_2.7b2_Win32
Ø操作系统：
win7（32bit）
图23RMSDTrajectoryToll查看rmsd变化
五、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，无奈老师不在；为此纠结一天。
知道我静下心来看课件和老师给的namd文件，反复比对，发现第二次模拟我没有设置能量最小化。
我本以为第一次能量最小化了，接下来的第二次就没有必要了，但事实告诉我第二次没有能量最小化会导致Atomsmovingtoofast;simulationhasbecomeunstable。
我忽视了，第二次模拟和第一次模拟的运动原子是不同的。
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