La dinámica molecular de una molécula no

La dinámica molecular de una molécula no-peptídica
con NAMD
1 Introducción
2 Lo que usted necesita
3 El sistema Ibuprofeno - agua
4 Creación de los archivos PSF
5 Minimización con NAMD
6 Calentamiento
7 Dinámica molecular
8 Cómo hacer residente el nuevo archivo de parámetros
1 Introducción
En esta guía didáctica se explica cómo realizar la dinámica molecular del sistema
ibuprofeno - agua con NAMD. El ibuprofeno es una molécula no-peptídica y para la cual
algunos parámetros del potencial están faltantes en el campo de fuerza CHARMM
22normal. El usuario puede aprender a arreglar los parámetros perdidos en el campo
de fuerza sin el uso de programas externos.
2 Lo que usted necesita


VEGA ZZ versión 2.0.8 o mayor.
NAMD para Windows (haga clic aquí para bajarlo). Instalar el paquete de NAMD
dentro de VEGA ZZ, vea esta guía didáctica.
3 El sistema Ibuprofeno - agua

Inicie VEGA ZZ y seleccione Edit -> Add -> Fragments. En la ventana Add
fragment/s pulse Drug en la caja Group y luego Ibuprofen en la caja de Fragment:
en el espacio de trabajo la estructura 3D del ibuprofen aparece.
 Pulse los botones Finish y Close.
 Desprotone los grupos carboxílicos seleccionando Edit -> Remove -> Atom en la
barra del menú y pulsando sobre el hidrógeno (vea la flecha roja):
El hidrógeno se anula ahora. Pulse Done para cerrar la ventana del diálogo.

Arreglar el grado de unión de los dos oxígenos del grupo carboxilato (no es pedido
por NAMD, pero sólo es un problema de la visualización), seleccione Edit ->
Change -> Bonds: la ventana Bonds se muestra. Escoja One bond en la caja
What? y Parcial doble en la caja Bond type.
 Pulse sobre el carbono y el oxígeno como se muestra debajo:

La unión se cambiará de doble a parcial doble.

Repita la operación para la segunda unión C-O y finalmente pulse el botón Done.







Para quitar las etiquetas de los átomos, seleccione View -> Label atoms -> Off.
Ahora la molécula se insertará en un racimo de agua esférico. Para hacerlo,
escoja el menú Edit -> Add -> Cluster y la ventana Cluster calculation se abre.
Escoja el tipo de disolvente (WATER), el tipo del racimo (Sphere en la caja Type),
ajuste el radio de la esfera a 12.0 Å y pulse el botón de Ok.
Colore la molécula por el tipo de átomo (View -> Color -> By atom).
Arregle el tipo de átomos y las cargas (Calculate -> Charge & Pot.), pulsando
Forec field y Charges y seleccionando CHARMM22_PROT y Gasteiger. La carga
total es -1.
Guarde la molécula en formato IFF, nombrando el archivo ibuprofen_wat.iff (File > Save As...).
Guarde la molécula en formato PDB 2.2 (ibuprofen_wat.pdb). Este archivo es
requerido por NAMD y no necesita la conectividad de PDB y usted puede evitar
salvarlo al desmarcar Connectivity en la caja de Options.
4 Creación de los archivos PSF
El ibuprofeno no tiene una topología estándar y la creación de los archivos PSF no es
totalmente automático porque algunos parámetros no están incluidos en el archivo de
parámetros CHARMM22_PROT. Para más detalles sobre los archivos de la entrada
requeridos por NAMD, vea esta guía didáctica.

Guarde la molécula en el formato X-Plor PSF (ibuprofen_wat.psf), seleccionando el
nombre de campo de fuerza en la caja Force field param. El campo de fuerza
CHARMM22_PROT se usó en la atribución del tipo de átomo y usted debe
seleccionar el mismo campo de fuerza. Esta operación es útil para revisar si todos
los parámetros necesitados por el ibuprofeno están incluidos en el archivo de
parámetros del campo de fuerza.
 La Tabla de parámetros faltantes se mostrará:
Indica todos los ángulos, uniones y parámetros de torsión no incluidos en el campo
de fuerza. En esta ventana usted puede poner los parámetros manualmente, pero si
usted no los conoce, usted puede indicarle al programa que los complete por usted.
Pulse el botón Edit -> Auto y la Tabla se llenará. Por favor recuerde que esto no es
que un trabajo exhaustivo y puede generar parámetros equivocados. Para
verificarlos, usted puede pulsar sobre el parámetro Faltante en la Tabla y los átomos
involucrados se resaltan automáticamente en el espacio de trabajo. ¡NO CIERRE LA
TABLA!
 Después de llenar la Tabla, guarde el archivo de parámetros seleccionando File ->
Save as... en la barra del menú de la ventana de la Tabla de parámetros faltantes.
Use ibuprofen_wat.inp como el nombre del archivo.
 Pulse el botón Ok para salvar el archivo PSF y cierre la ventana.
5 Minimización con NAMD
Antes de empezar la simulación de dinámica molecular, se requiere una minimización
de energía.

Copie en el directorio dónde se colocaron los archivos ibuprofen_wat.pdb,
ibuprofen_wat.psf
e
ibuprofen_wat.inp,
los
archivos
de
parámetros
par_all22_prot.inp y par_all22_vega.inp que están en el directorio ...\VEGA
ZZ\Data\Parameters. El archivo par_all22_vega.inp se requiere porque VEGA ZZ
genera una topología que hace explícitos a todos los ángulos impropios.
 Con un editor del texto (por ejemplo Notepad) cree el archivo de entrada con los
comandos siguientes (copie & pegúelos):

numsteps
minimization
dielectric
5000
on
1.0
coordinates
outputname
outputEnergies
binaryoutput
DCDFreq
restartFreq
ibuprofen-wat.pdb
ibuprofen-wat_min
1000
no
1000
1000
structure
paraTypeCharmm
parameters
parameters
parameters
exclude
1-4scaling
switching
switchdist
cutoff
pairlistdist
margin
stepspercycle
ibuprofen-wat.psf
on
par-all22-prot.inp
par-all22-vega.inp
ibuprofen-wat.inp
scaled1-4
1.0
on
8.0
12.0
13.5
0.0
20
Guarde el archivo con el nombre de ibuprofen_wat_min.namd. Esto realizará 5000
pasos de minimización con gradiente conjugado, guardando la salida (las
coordenadas y los archivos de reinicio) cada 1000 iteraciones. Para más
información sobre los parámetros, por favor consulte la NAMD User Guide.



Abra la consola de VEGA (Start -> VEGA ZZ -> VEGA console).
Vaya dentro de su directorio de trabajo con el comando cd.
En la consola, teclee:
namd2 ibuprofen-wat-min.namd> ibuprofen-wat-min.out
y de un retorno de carro. Después de unos minutos la minimización es terminada.

Seleccione Calculate -> Analysis y abra el archivo de trayectoria
ibuprofen_wat_min.dcd, pulsando el botón Open.
 Pulse el botón Lowest y guarde la foto de más baja energía seleccionando File ->
Save As... en la ventana principal.
Escoja el formato PDB 2.2 e ibuprofen_wat_min.pdb como el nombre del archivo.
6 Calentamiento
Esta es la primera fase de la dinámica molecular requerida para iniciar las velocidades
de los átomos a la temperatura especificada.

En un editor del texto (por ejemplo Notepad), copie & y pegue los comandos
siguientes:
numsteps
dielectric
3000
1.0
coordinates
temperature
seed
ibuprofen-wat-min.pdb
0
12345
outputname
outputEnergies
binaryoutput
DCDFreq
restartFreq
ibuprofen-wat-heat
1000
yes
1000
1000
timestep
nonbondedFreq
fullElectFrequency
1.0
1
1
structure
paraTypeCharmm
parameters
parameters
parameters
exclude
1-4scaling
switching
switchdist
cutoff
pairlistdist
margin
stepspercycle
ibuprofen-wat.psf
on
par-all22-prot.inp
par-all22-vega.inp
ibuprofen-wat.inp
scaled1-4
1.0
on
8.0
12.0
13.5
0.0
20
langevin
langevinDamping
langevinTemp
langevinHydrogen
on
10
300
no
sphericalBC
sphericalBCCenter
sphericalBCr1
sphericalBCk1
on
0.0 0.0 0.0
16.00
2.00

Guarde el archivo con el nombre de ibuprofen_wat_heat.namd. Este archivo de
entrada realiza un calentamiento de 0 a 300 K, usando el algoritmo de Langevin y
poniendo las condiciones del límite armónico esférico definido como una esfera
virtual de 16 Å de radio, centrada al origen del eje (0, 0, 0), usando 2 como el
exponente del potencial límite. Estos últimos parámetros se requieren para reducir
la evaporación del disolvente. Para más información sobre la configuración de
NAMD, vea la documentación en línea de este programa.
 Empiece el calentamiento, tecleando en la consola:
namd2 ibuprofen-wat-heat.namd> ibuprofen-wat-heat.out
y dé retorno de carro.
7 Dinámica molecular
Al finalizar el calentamiento, usted debe preparar el archivo de entrada para la DM.

En un editor del texto, copie & pegue los comandos siguientes:
firsttimestep
numsteps
dielectric
3000
103000
1.0
coordinates
bincoordinates
binvelocities
extendedsystem
seed
ibuprofen-wat-min.pdb
ibuprofen-wat-heat.coor
ibuprofen-wat-heat.vel
ibuprofen-wat-heat.xsc
12345
outputname
outputEnergies
binaryoutput
DCDFreq
restartFreq
ibuprofen-wat-dyn
1000
yes
1000
1000
timestep
nonbondedFreq
fullElectFrequency
1.0
1
1
structure
paraTypeCharmm
parameters
parameters
parameters
exclude
1-4scaling
cutoff
switchdist
pairlistdist
margin
Stepspercycle
ibuprofen-wat.psf
on
par-all22-prot.inp
par-all22-vega.inp
ibuprofen-wat.inp
scaled1-4
1.0
12.0
8.0
12.0
0.0
20
Langevin
langevinDamping
langevinTemp
langevinHydrogen
on
10
300
no
sphericalBC
sphericalBCCenter
sphericalBCr1
sphericalBCk1
on
0.0 0.0 0.0
16.00
2.00

Guarde el archivo con el nombre de ibuprofen_wat_dyn.namd. Este archivo de
entrada realiza 100 ps de dinámica molecular a 300 K a temperatura constante.
 Para ejecutar la dinámica molecular, teclee,:
namd2 ibuprofen-wat-dyn.namd> ibuprofen-wat-dyn.out
y dé retorno de carro.
8 Cómo hacer residente el nuevo archivo de parámetros
Si usted no quiere el reasignar los parámetros cada vez que usted quiera realizar el
cálculo NAMD del ibuprofeno, usted puede guardarlos en VEGA ZZ.


Copie el archivo ibuprofen_wat.inp en el directorio ...\VEGA ZZ\Data\Parameters.
Abra el archivo ...\VEGA ZZ\Data\CHARM22_PROT.inp con su editor del texto
preferido:
*
* Parámetros de archivo CHARMM 22 para VEGA ZZ
*
INCLUDE "Parameters/par-all22-lipid.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-na.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-prot.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-vega.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-user.inp"

Al final del archivo, agregue la línea roja:
*
* Parámetros de archivo CHARMM 22 para VEGA ZZ
*
INCLUDE "Parameters/par-all22-lipid.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-na.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-prot.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-vega.inp"
INCLUDE "Parameters/par-all22-user.inp"
INCLUDE "Parameters/ibuprofen-wat.inp"
Un procedimiento mejor, es el unir todos los parámetros definidos por el usuario en el
archivo
par_al22_user.inp
que
debe
ponerse
el
directorio
...\VEGA
ZZ\Data\Parameters. De esta manera, usted no debe editar el archivo
CHARMM22_PROT.inp en el directorio ...\VEGA ZZ\Data.

En la consola VEGA ZZ, teclee:
inpmerge "...\VEGA ZZ\Data\Parameters\par-all22-user.inp"
"...\MyPath\ibuprofen-wat.inp"
donde ...\VEGA ZZ es el camino de instalación para VEGA ZZ y el ...\MyPath es el
camino para el archivo de ibuprofen_wat.inp. Para más información sobre la utilidad
del inpmerge, vea su manual.
Advertencia:
Por favor recuerde que el comando INCLUDE no está implementado en NAMD y
CHARMM, porque ellos no tienen un pre-procesador del macro. Ésta sólo es una
característica disponible en VEGA ZZ.