7/17/2019 VEGA Minimizacion Energia

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La minimización de energía de una proteína con NAMD

1 Introducción2 Lo que usted necesita3 Instalación de NAMD4 Bajar el archivo de la proteína !reparación de la proteína" #reación del archivo de entrada para NAMD$ #orrer el c%lculo de NAMD& An%lisis de los resultados' (sando las restricciones en los %to)os

'*1 +ijando los %to)os'*2 ,estrin-iendo los %to)os

1 Introducción

./0A per)ite preparar los archivos de entrada para NAMD de la )anera %cil sin eluso de pro-ra)as etra para -enerar la topolo-ía* /n esta -uía did%ctica se eplicapaso por paso có)o realiar una )ini)iación de ener-ía si)ple con -radienteconju-ado de la estructura cristalo-r%ica de la crambina con 5 sin restricciones*

2 Lo que usted necesita

♦ ./0A versión 2*6*& o )a5or*

♦ NAMD para 7indo8s*♦ La proteína de prue9a* /n esta -uía did%ctica se usar% la estructura

cristalo-r%ica de la cra)9ina :1#,N; disponi9le del Banco de Datos para!roteínas :!DB o !rotein Data Ban<;*

3 Instalación de NAMD

♦ Baje el archivo para 7in32=i"&" del sitio de Internet del >heoretical and#o)putacional Bioph5sics 0roup*

♦ A9ra el paquete en el directorio de instalación de ./0A :nor)al)enteC:\Program Files\VEGA ZZ).

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♦ ,eno)9re el directorio de NAMD_X.X_Win!"i#$# en NAMD :?*? es la

versión de NAMD;*

4* Bajar el archivo de la proteína

(sted puede 9ajar la estructura de la cra)9in %&C'N) usando la interase de Internetdel !DB o de la herra)ienta inte-rada en ./0A @

♦ Inicie ./0A 5 seleccione el File "( PD *o+nloa*  del )en*

♦ !on-a &C'N en el ca)po PD ,* 5 pulse el 9otón Do+nloa*.  Al in de latrans)isión la estructura de la proteína se )ostrar% en el espacio de tra9ajo:para )%s inor)ación pulse aquí;*

♦ Nor)alice las coordenadas para trasladar la proteína al ori-en del eje#artesiano %E*i- "( Coor*ina-es "( Normalie).

♦ 0uarde la )olCcula % File "( /a0e As ) con el no)9re &C'N   para el archivo* ereco)ienda uerte)ente el uso del or)ato I++E,I++ para este archivo porqueCste es capa de -uardar el n)ero )%i)o de inor)ación :por eje)plo el tipode %to)o car-as los órdenes de unión etc;*

!reparación de la proteína

♦ A-re-ue los hidró-enos :E*i- "( A** "( 12*rogens; seleccionando Pro-ein en la

caja Molec3le -24e  para  ha9ilitar una revisión etra para la hi9ridación del

%to)o 'esi*3e en* en la caja Posi-ion o5 62*rogens 5 seleccionando 7se,7PAC a-om nomencla-3re. +inal)ente pulse el 9otón  A**   para  colocar loshidró-enos* e )ostrar%n dos )ensajes de advertencia en la consola parainor)arle que dos %to)os tienen una -eo)etría rara 5 que la revisión etra hacorre-ido el tipo del %to)o*

♦ Arre-le el tipo de %to)os 5 las car-as :Calc3la-e "( C6arge 8 Po-.;

seleccionando Force 5iel* 5 C6arges 5 seleccionando C1A'MM!!_P'9 5C1A'MM!!_C1A'. !ulse el 9otón Fi;.  La car-a total es de 6* /s posi9leasi-nar las car-as 0astei-er=Marsili seleccionando Gas-eiger en la caja deC6arges  /ste )Ctodo podría requerirse si la )olCcula contiene residuos noest%ndar que no se inclu5eron en el 9anco de datos de #FA,MM 22*

♦ 0uarde la )olCcula en or)ato I++ 9orrando la anterior*

" #reación del archivo de entrada para NAMD

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NAMD requiere varios archivos@ el !DB 5 el archivo !+ de la )olCcula uno o )%sarchivos de par%)etros 5 un archivo de co)andos que deine la condición delc%lculo*

♦ 0uarde la )olCcula en or)ato PD !.! % File "( /a0e As... ) con el no)9re de

archivo  &C'N.4*b* NAMD no necesita la conectividad de !DB 5 así ustedpuede evitar el salvarlo des)arcando Connec-i0i-2 en la caja Gptions.♦ #ree la )atri topoló-ica -uardando la )olCcula en el or)ato  X"Plor P/F 

% no)9re del archivo &C'N.4s5 ;* Gpcional)ente es posi9le veriicar si todos lospar%)etros del ca)po de uera est%n disponi9les seleccionando el no)9re delca)po de uera en la caja Force 5iel* 4aram* /l ca)po de ueraC1A'MM!!_P'9   se usó en la atri9ución del tipo de %to)o 5 usted de9eseleccionar el )is)o ca)po de uera* /sta operación no se necesita porque la)olCcula es una proteína nor)al 5 todos los par%)etros est%n incluidos* /s til siusted est% )anejando una estructura no est%ndar para arre-lar los par%)etrosperdidos :para )as inor)ación pulse aquí;*

♦

#opie en el directorio dónde se colocaron los archivos &C'N.4*b 5 &C'N.4s5 los archivos de par%)etros 4ar_al!!_4ro-.in4 5 4ar_all!!_0ega.in4 que est%n enel directorio ***H./0A ZZ\Da-a\Parame-ers.  /l archivo  4ar_all!!_0ega.in4 serequiere porque ./0A -enera una topolo-ía que hace eplícitos a todos los%n-ulos i)propios*

♦ #on un editor de teto :por eje)plo Notepad; cree el archivo de entrada con lasórdenes si-uientes :copia pe-elos;@

numsteps 10000

minimization ondielectric 1.0

coordinates 1CRN.pdboutputname 1CRNoutputEnergies 1000binaryoutput noDCDFreq 1000restartFreq 1000

structure 1CRN.psfparaTypeCharmm onparameters parall!!prot.inpparameters parall!!"ega.inpe#clude scaled1$1$scaling 1.0s%itching   ons%itchdist &.0cutoff 1!.0pairlistdist 1'.(margin 0.0stepspercycle !0

0uarde el archivo con el no)9re  &C'N_min.nam*.  /ste archivo per)iterealiar 16666 pasos de )ini)iación con -radiente conju-ado -uardar lasalida :las coordenadas 5 los archivos de reinicio; cada 1666 iteraciones* !ara)%s inor)ación so9re los par%)etros por avor consulte NAMD (ser 0uide*

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$ #orrer el c%lculo de NAMD

♦ A9ra la consola ./0A %/-ar- "( VEGA ZZ "( VEGA console).

♦ .a5a dentro de su directorio activo con el co)ando c*.

♦ /n la consola teclee@namd! 1CRN*min.namd

5 dC retorno de carro* i usted quiere ahorrar el archivo de salida use esta orden@

namd! 1CRN*min.namd+ 1CRN.out

i usted tiene )%s de un #!( instalado usted puede acelerar la velocidad delc%lculo especiicando el n)ero total de #!(s@

namd! ,p! 1CRN*min.namd+ 1CRN.out

/n este caso la !# tiene dos #!(s 5 los dos se usan para el c%lculo :la  opción<4! ;* /l centro dual :por eje)plo Athlon ?2 !entiu) D #ore 2 Do etc; 5 el!entiu) 4 con el h5perthreadin- de9e usar la opción de Jp2*

& An%lisis de los resultados

Los resultados del c%lculo est%n contenidos principal)ente en dos archivos@ el1#,N*dcd :el archivo de tra5ectoria; 5 el 1#,N*out si usted lo salva* /l pri)ero es unarchivo 9inario 5 no puede a9rirse con un editor de teto* #ontiene las coordenadas

ató)icas de cada uno de los )arcos -uardados :16 )arcos porque un )arco de cada1666 ueron -uardados;* /l se-undo es un archivo de teto que contiene los )ensajesde salida -enerados por NAMD 5 la inor)ación de la ener-ía*

♦ A9ra el archivo &C'N.*c* con ./0A %File "( 94en). !ara a9rir una tra5ectoriaD#D se requiere de un archivo de la )olCcula :por eje)plo en or)ato !DB oI++; con el )is)o no)9re* (sted no de9e tener nin-n pro9le)a porque ustedtiene los archivos &C'N.*c* 5 &C'N.i55  en el )is)o directorio*La )olCcula se )ostrar% 5 el di%lo-o de ra=ec-or2 anal2sis se a9rir%*

♦ i usted -uardó el archivo &C'N.o3-  el 9otón de Energ2 gra46  estar% activo*

!uls%ndolo usted puede ver el co)porta)iento de la ener-ía durante el c%lculo*La ener-ía 9aja co)o se esperaría durante una )ini)iación*

♦ !ulsando el 9otón >as- o el 9otón >o+es- en la ventana de ra=ec-or2 anal2sis la

estructura de )%s 9aja ener-ía se selecciona :ver el espacio de tra9ajo;* !or avor recuerde en una )ini)iación de ener-ía la lti)a estructura en latra5ectoria sie)pre es la )%s 9aja 5 por lo que no eiste nin-una dierencia enpulsar el 9otón >as- o el 9otón >o+es-.

♦ 0uarde la )ejor estructura % File "( /a0e As ) en or)ato I++ %&C'N_min.i55).

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De la )is)a )anera usted puede -uardar cualquier conor)ación en latra5ectoria seleccionandola usando el desliador horiontal o el ca)po   Framen3mber 5 esco-iendo File =K /a0e As en la 9arra del )en*

'* (sando las restricciones en los %to)os

!ara -uardar la estructura )%s cercana a los datos cristalo-r%icos ori-inales unprocedi)iento co)n es el aplicar restricciones a los %to)os del esqueleto de laproteína* De esta )anera las cadenas laterales pueden relajarse )anteniendo laestructura secundaria* NAMD 5 ./0A per)iten el constrei)iento de los %to)os endos )aneras@ ijando los %to)os o aplicando una uera constante a los %to)os querenan sus )ovi)ientos*

9.1 Fijando los átomos

♦ Inicie ./0A 5 a9ra el archivo de &C'N.i55.

♦ A9ra la ventana de Cons-rain-s o4-ions %E*i- "( Coor*ina-es "( Cons-rain-s).

♦ eleccione Fi; en la caja Mo*e 5 Pro-ein bac?bone en la caja de /elec-ion.

+inal)ente pulse el 9otón  A44l2   5 cierre la ventana* Los %to)os ijos :elesqueleto; se colorear% de aul 5 los %to)os li9res de verde*

♦ 0uarde la )olCcula % File "( /a0e As ) en or)ato !DB 2*2 seleccionandoCons-rain-s en la caja de 94-ions@ 5 tecleando &C'N_5i;   co)o no)9re dearchivo. La inor)ación de %to)os ijos se -uarda en la colu)na B del archivode !DB*

♦ ,epita la )ini)iación de ener-ía con el si-uiente archivo de ordenes@

numsteps 10000minimization ondielectric 1.0

coordinates   1CRNfi#.pdboutputname   1CRNfi#outputEnergies 1000binaryoutput noDCDFreq 1000restartFreq 1000

structure 1CRN.psfparaTypeCharmm onparameters parall!!prot.inp

parameters parall!!"ega.inpe#clude scaled1$1$scaling 1.0s%itching   ons%itchdist &.0cutoff 1!.0pairlistdist 1'.(margin 0.0stepspercycle !0

fi#ed-toms onfi#ed-tomsCol

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/n rojo se indican las dierencias con el archivo de )ini)iación nor)al* !or avor note que el archivo de !+ es el )is)o de la )ini)iación anterior porque la)olCcula no se ca)9ia* 0uarde el archivo con el no)9re  &C'N_5i;_min.nam*.

♦ /)piece la )ini)iación tecleando en la consola@

namd! 1CRN*fi#*min.namd+ 1CRN*fi#.out

♦  Al inal de la )ini)iación a9ra el archivo de tra5ectoria* !or avor recuerde que

usted no puede a9rir el archivo de tra5ectoria directa)ente si no eiste el archivode la )olCcula correspondiente :por eje)plo &C'N_5i;.i55). #o)o pri)er pasousted de9e a9rir la )olCcula 5 lue-o seleccionar Calc3la-e "( Anal2sis en la 9arradel )en* /n la ventana de ra=ec-or2 anal2sis pulse el 9otón 94en 5 seleccioneel archivo de D#D*

♦ Moviendo el desliador horiontal usted puede ver que el esqueleto se )antuvo

ijo*♦ eleccione 5 -uarde la conor)ación de ener-ía )%s 9aja co)o

&C'N_5i;_min.i55.

9.2 estringiendo los átomos

♦ #o)o se hio anterior)ente inicie ./0A a9ra el archivo de la cra)9ina 5)uestre la ventana de dialo-o Cons-rain- o4-ions*

♦ eleccione Val3e en la caja de Mo*e pon-a ! en el ca)po de Val3e de la cajaParame-ers 5 escoja Pro-ein bac?bone en la caja de /elec-ion. !ulse el 9otón

 A44l2   5 cierre la ventana* i el ca)po  de Val3e  es 6 los %to)os sonconsiderados total)ente li9res :esto si-niica una uera de constrei)iento

constante i-ual a cero; 5 au)entando ese valor los %to)os se renanpro-resiva)ente*

♦ 0uarde la )olCcula % File "( /a0e As ) en or)ato !DB 2*2 pulsando Cons-rain-s

en la caja de 94-ions 5 tecleando &C'N_cons-.4*b co)o el no)9re del archivo*♦ ,epita la )ini)iación de ener-ía con el si-uiente archivo de ordenes@

numsteps 10000minimization ondielectric 1.0

coordinates   1CRNconst.pdboutputname   1CRNconstoutputEnergies 1000binaryoutput no

DCDFreq 1000restartFreq 1000

structure 1CRN.psfparaTypeCharmm onparameters parall!!prot.inpparameters parall!!"ega.inpe#clude scaled1$1$scaling 1.0s%itching   ons%itchdist &.0cutoff 1!.0

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pairlistdist 1'.(margin 0.0stepspercycle !0

constraints   onconsref   1CRNconst.pdbcons/file   1CRNconst.pdbcons/col  

/n rojo se indican las dierencias con el archivo de )ini)iación nor)al* alve elarchivo con el no)9re de 1C'N_cons-_min.nam*.

♦ /)piece la )ini)iación tecleando en la consola@

namd! 1CRN*const*min.namd+ 1CRN*const.out

♦  Al inal de la )ini)iación a9ra el archivo de tra5ectoria seleccione 5 -uarde laconor)ación con la ener-ía )%s 9aja co)o &C'N_cons-_min.i55.