Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метод молекулярной динамики при изучении структуры и конформационной динамики макромолекул на поверхностях твердых адсорбентов и в нанокластерах. Учеб
.pdf
перемещает потенциальную кривую так, что на этом расстоянии потенциал
равен нулю.
В другом случае рассчитываются полные электростатические
взаимодействия. В этой схеме параметр обрезания имеет несколько иное
значение - он представляет собой локальное расстояние взаимодействия, на
котором электростатические пары будут напрямую рассчитываться на
каждом временном шаге. За пределами этого расстояния электростатические
взаимодействия будут рассчитываться только периодически.
1) cutoff < расстояние усечения > - локальное расстояние
взаимодействия, общее для электростатического и Ван-дер-Ваальса
потенциалов в ангстремах.
2) switching < использовать функцию переключения? > - если
переключение выключено, то выполняется только усечение потенциала. Если
переключение включено, то применяется функция сглаживания к
электростатическому и Ван-дер-Ваальса потенциалам.
3) switchdist < расстояние активации функции переключения > расстояние, на котором функция переключения вступает в силу. Значение
параметра switchdist должно быть меньше или равно значению параметра
cutoff.
4) exclude < политика исключения несвязанных взаимодействий > -
этот параметр определяет, какие пары связанных атомов должны быть
исключены из невалентных взаимодействий.
5) dielectric < диэлектрическая постоянная системы > - диэлектрическая
постоянная системы. Значение 1.0 (по умолчанию) означает отсутствие
модификации электростатических взаимодействий. Любое большее значение
уменьшает электростатические силы.
6) nonbondedScaling < коэффициент перемасштабирования для
невалентных взаимодействий > - коэффициент масштабирования для
электростатических и Ван-дер-Ваальсовых сил [27, 29].
81
Модели воды
waterModel < модель воды > - допустимые значения: Tip3, Tip4, SWM4.
Параметры крупнозернистого силового поля MARTINI
1) cosAngles < включить потенциальную функцию на основе косинусаугла > - указывает, следует ли использовать силовое поле MARTINI с
потенциальной функцией на основе косинуса угла.
2) martiniSwitching < включить переключающую функцию ЛеннардДжонса > - указывает, следует ли использовать специальную функцию
переключения Леннард-Джонса.
3) martiniDielAllow < разрешить произвольную диэлектрическую
постоянную > - позволяет пользователю указать диэлектрическую
постоянную не равную 15, то есть нестандартную для силового поля
MARTINI [27, 29].
Параметры фиксированных атомов
Атомы могут быть фиксированными во время моделирования. В
программном комплексе NAMD не производятся вычисления большинства
взаимодействий для фиксированных атомов, если параметр fixedAtomsForces
не указан.
1) fixedAtoms – указывает на присутствие фиксированных атомов.
2) fixedAtomsForces < рассчитывать ли силы между фиксированными
атомами? > - указывает, следует ли рассчитывать силы между
фиксированными атомами. Эти силы будут влиять на расчет давления.
Данная опция должна быть оставлена при использовании постоянного
давления, если координаты фиксированных атомов не были оптимизированы.
3) fixedAtomsFile < pdb файл > - pdb файл, который используется для
описания атомов. Если этот параметр не указан, то используется
координатный файл.
82
4) fixedAtomsCol < колонка в pdb файле, содержащая параметры
фиксированных атомов > - колонка pdb файла, использующаяся для описания
параметров фиксированных атомов [27, 29].
Периодические граничные условия
1) cellBasisVector1 < базисный вектор для периодических границ > определяет базисный вектор для периодических граничных условий.
Параметры cellBasisVector2 и cellBasisVector3 определяют базисный набор в
других направлениях.
2) cellOrigin < центр периодической ячейки > - когда
перемасштабирование используется для контроля давления, эта точка будет
оставаться постоянной. Также она используется в качестве центра ячейки для
обратных выходных координат.
3) extendedSystem < xsc файл > - файл, который содержит
периодические параметры ячейки и расширенные системные переменные
такие, как скорость деформации в моделировании при постоянном давлении.
Если эта опция присутствует, то периодические параметры ячейки будут
считываться из этого файла.
4) XSTfile < xst файл > - файл для записи периодических параметров
ячейки и расширенных системных переменных во время моделирования.
5) XSTfreq – частота записи данных в xst файл.
6) wrapWater - опция указывает на отражение или перемещение
молекул воды относительно границы ячейки.
7) wrapAll - опция указывает на отражение или перемещение всех
молекул относительно границы ячейки.
Есть возможность задания сферических и цилиндрических
гармонических граничных условий [27, 29].
83
Параметры молекулярной динамики
1) numsteps < число шагов > - число временных шагов моделирования,
которые должны быть выполнены.
2) timestep < временной шаг в фемтосекундах > - размер временного
шага, который используется при МД-моделировании.
3) firsttimestep < начальный шаг > - номер первого временного шага.
4) temperature < начальная температура в кельвинах > - начальное
значение температуры для системы. Используя эту опцию можно
генерировать начальные скорости для всех атомов системы.
5) COMmotion < допускается ли начальное движение центра масс? > если эта опция не установлена «нет», то начальные скорости системы будут
скорректированы так, чтобы удалить движение центра масс системы.
6) fullElectFrequency < число шагов между оценкой полных
электростатических взаимодействий > - параметр определяет количество
временных шагов между каждой полной оценкой электростатики.
7) nonbondedFreq < число шагов между оценкой невалентных
взаимодействий > - этот параметр определяет частоту пересчета несвязанных
взаимодействий.
Для снижения вычислительной стоимости расчетов с полными
электростатическими взаимодействиями программный комплекс NAMD
использует множественную схему временных шагов. В этой схеме полная
сила, действующая на каждый атом, разбивается на две части: на быстро
меняющуюся локальную и медленную дальнодействующую компоненты.
Локальная составляющая силы состоит из всех валентных, Ван-дер-
Ваальсовых, а также части электростатических взаимодействий для пар,
разделенных функцией расщепления на локальном расстоянии
взаимодействия. Дальнодействующая компонента состоит только из
электростатических взаимодействий за пределами локального
84
взаимодействия. Дальнодействующие силы медленно меняющиеся, поэтому
они не оцениваются на каждом временном шаге [27, 29].
Температурный контроль
Параметры Ланжевеновской динамики
1) langevin < использовать Ланжевеновскую динамику? > -
использовать Ланжевеновскую динамику для контроля температуры.
2) langevinTemp < температура > - температура, к которой все атомы
будут скорректированы. Эта температура будет поддерживаться путем
добавления трения и случайных сил.
3) langevinDamping < коэффициент затухания > - Ланжевеновский
коэффициент связи, который будет применен ко всем атомам. Если это
значение не задано, то используется pdb файл для получения коэффициентов
для каждого атома.
4) langevinHydrogen - применять Ланжевеновскую динамику к атомам
водорода.
5) langevinFile < pdb файл > - pdb файл с коэффициентами связи
Ланжевена для каждого атома. Если этот параметр не указан, то используется
координатный файл.
6) langevinCol < колонка pdb файла > - колонка pdb файла с
коэффициентами связи Ланжевена для каждого атома.
Параметры термостата со сцеплением с тепловым резервуаром
1) tCouple - указывает, следует ли использовать термостат сцепления с
тепловым резервуаром.
2) tCoupleTemp < температура теплового резервуара > - температура
теплового резервуара. Эта температура будет поддерживаться путем
добавления сил.
3) tCoupleFile < pdb файл > - pdb файл с параметрами для каждого
атома.
85
4) tCoupleCol < колонка pdb файла > - колонка pdb файла с
коэффициентами для каждого атома.
Параметры перемасштабирования температуры
В программном комплексе NAMD можно уравновешивать систему с
помощью перемасштабирования температуры. С помощью этого метода все
скорости в системе периодически перемасштабируются таким образом,
чтобы вся система находилась при желаемой температуре.
1) rescaleFreq < число шагов между перемасштабированием
температуры > - частота перемасштабирования.
2) rescaleTemp < температура равновесия > - температура, до которой
все скорости будут пересчитаны.
Параметры переназначения температуры
Программный комплекс NAMD позволяет уравновешивать
температуру системы с помощью переназначения температуры. С помощью
этого метода все скорости в системе периодически переназначены таким
образом, чтобы температура всей системы была установлена до желаемой.
1) reassignFreq < число шагов между переназначением температуры > -
частота переназначения температуры.
2) reassignTemp < температура равновесия > - температура, до которой
все скорости будут переназначены.
3) reassignIncr < приращение температуры до равновесия > - для
моделирования с имитацией отжига или других более медленных протоколов
нагревания или охлаждения.
4) reassignHold - конечная температура при использовании параметра
reassignIncr.
86
Параметры термостата Лоу-Андерсена
В программном комплексе NAMD можно выполнять МД-
моделирование с термостатом Лоу-Андерсена.
1) loweAndersen - определяет, будет ли активен термостат ЛоуАндерсена.
2) loweAndersenTemp < температура > - температура, которая
используется для установки радиальных относительных скоростей.
Определяет заданную температуру системы.
3) loweAndersenCutoff < радиус обрезания взаимодействий > - силы
применяются только к тем атомам, которые находятся в пределах этого
расстояния друг от друга.
4) loweAndersenRate < частота столкновений > - определяет
вероятность столкновения между атомами внутри радиуса обрезания [27, 29].
Контроль давления
Моделирование с постоянным давлением требует периодических
граничных условий. Управление давлением производится путем изменения
размера элементарной ячейки. Давление измеряется в барах.
Баростат Берендсена
1) BerendsenPressure – активизировать использование баростата
Берендсена.
2) BerendsenPressureTarget < давление > - определяет целевое давление
для метода Берендсена.
3) BerendsenPressureCompressibility < сжимаемость > - сжимаемость для
метода Берендсена.
4) BerendsenPressureRelaxationTime < время релаксации > - время
релаксации для метода Берендсена.
87
5) BerendsenPressureFreq < частота перемасштабирования позиций > -
определяет число шагов между перемасштабированием позиций для метода
Берендсена [27, 29].
Список пар
Для того, чтобы снизить вычислительные затраты на расчет
невалентных взаимодействий, в программном комплексе NAMD
используется список пар.
Список пар содержит все атомы, для которых необходимо рассчитать
невалентные взаимодействия. Выполнение такого поиска пар атомов
является трудозатратной операцией. Список пар рассчитывается
периодически, обычно на каждом шаге. В список включаются только те
пары, которые попадают в область, ограниченную параметром pairlistdist.
Данный параметр должен быть больше либо равен радиусу обрезания
наваленных взаимодействий.
1) pairlistdist < расстояние между парами > - указывает допустимую
дистанцию для включения в список пар.
2) stepspercycle < количество шагов на один цикл > - количество
временных шагов на каждом цикле. Каждый цикл представляет собой
количество временных шагов между переназначениями атомов.
3) pairlistsPerCycle < частота регенерации списка пар > - позволяет
регенерировать список пар несколько раз за цикл [27, 29].
Внешнее электрическое поле
Возможно производить МД-моделирование с использованием
постоянного электрического поля.
1) eFieldOn - применять или нет внешнее электрическое поле.
2) eField < вектор электрического поля > - описывает внешнее
электрическое поле – направление и величину в ккал/моль [27, 29].
88
NAMD was developed by the Theoretical Biophysics Group in the Beckman
Institute for Advanced Science and Technology at the University of Illinois at
Urbana-Champaign (http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/).
89
3 Программный комплекс VMD
VMD – это программный комплекс, предназначенный для
отображения, анимации и анализа больших молекулярных систем.
Программный комплекс VMD позволяет отображать молекулы,
содержащие любое количество атомов в любом стандартном молекулярном
представлении. Возможно загружать траекторные файлы из различных
программ для молекулярно-динамического моделирования: NAMD,
CHARMM, DLPOLY, Gromacs, AMBER, XPLOR. Эти данные могут быть
использованы для анимации молекул. Кроме этого, программный комплекс
VMD может быть использован для графического управления молекулярно-
динамическим моделированием, визуализации объемных данных (карты
электронной плотности, электростатического потенциала и так далее), для
молекулярного анализа [32, 33].
Загрузка и сохранение молекулярной структуры
Пункт меню «file» служит для загрузки молекулярной структуры из
координатных файлов, файлов топологии и траектории. Возможно
использовать координатные файлы pdb, файлы топологии psf, файлы
траектории dsd, двоичные файлы перезапуска из программного комплекса
NAMD, а также типы файлов, используемые в программах AMBER, Gromacs,
VASP, ABINIT, DLPOLY, lampps.
В этом же пункте меню можно сохранять координаты молекулы в
различных форматах, используемых в перечисленных выше программных
комплексах [32, 33].
Меню «Graphics»
В окне «Graphical Representations» можно управлять изображением
молекулы. Представление молекулы производится по четырем основным
параметрам: выбор (атомов или молекул), метод рисования («drawing
method»), метод окраски («coloring method»), материал («material»). Выбор
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]