Namd
Transkript
Namd
Moleküler Dinamik Çalıştayı Programı 16 Kasım 11 Çarşamba Moleküler Dinamik Çalıştayı Programı 16 Kasım 11 Çarşamba TOBB EKONOMİ ve TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ Prof. Dr. Turgut BAŞTUĞ NAMD 16 Kasım 11 Çarşamba TOBB EKONOMİ ve TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ Prof. Dr. Turgut BAŞTUĞ NAMD 16 Kasım 11 Çarşamba İçerik Giriş Moleküler Dinamik NAMD Örnek TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Dijital Labaratuar “In the real world, this could eventually mean that most chemical experiments are conducted inside the silicon of chips instead of the glassware of laboratories. Turn off that Bunsen burner; it will not be wanted in ten years.” - The Economist, reporting on the work of the 1998 Chemistry Nobel Prize Awardees TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Neden Simülasyon Bazı fiziksel ve kimyasal olaylar simülasyonlar yardımıyla kolaylıkla gözlemlenebilir. Moleküler dinamik simülasyonlarında da direk olarak gözleyemeyeceğimiz şeyleri modeller. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Klasik Mekanik Kuantum Mekanik yerine Klasik Newton Mekaniği kullanıyoruz. Bu bir yaklaşım / basitleştirmedir, dolayısıyla geçerliliği sınırlıdır. Kuantum mekanikten elde edilen sonuçlar klasik mekanikte direk kullanılır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Moleküler Modelleme Her moleküldeki atom için girdiler: Konum (r) Momentum (m + v) Yük (q) Bağ bilgisi (atom tipi, bağ açısı, bağ uzunluğu) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Potansiyelden Harekete Simülasyonu çalıştırmak için her bir parçacık üzerine etki eden kuvveti bilmek durumundayız. Potansiyel enerji fonksiyonunun gradyentini kullanıyoruz. Şimdi ivmeyi bulabiliriz. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Potansiyel Nedir? Tek bir atom, sistemdeki diğer bütün atomların yarattığı ortalama potansiyel enerji fonksiyonları tarafından etkilenecektir. Bağlı komşular Bağ yapmayan atomlar (ya aynı moleküldeki diğer atomlar ya da farklı moleküllerden atomlar) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Bağlı Olmayan Atomlar Bağ yapmayan atomlar arasında iki tür potansiyel fonksiyon vardır: Van der Waals potansiyeli Elektrostatik potansiyel (Coulomb) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Van der Waals Potansiyeli Net elektrostatik yükleri olmayan (nötral) atomlar çok yakın olmadıkları sürece birbirlerini çekerler. Elektron bulutlarının üst üste bindirecek miktarda yakın olmaları halinde birbirlerini iterler. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Van der Waals Potansiyeli En çok kullanılan van der Waals potansiyellerinden biri Lennard Jones potansiyelidir. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Van der Waals Potansiyeli A ve C sabitleri atom tipine bağlıdır ve deneysel veya hesapsal değerlerden çıkarılmıştır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Elektrostatik Potansiyel Aynı yükler iter Zıt yükler çeker Çekim kuvveti aradaki mesafenin karesiyle ters yüklerle doğru orantılıdır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Coulomb Yasası TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Bağ Yapmayan Atomlar Arası Potansiyel Lennard Jones ve elektrostatik potansiyelin birleştirilmesi TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Bağlı Atomlar Bağ yapan atomlar arasında üç tip etkileşme vardır: Bağ uzaması/kısalması Bağ bükülmesi Bağ etrafında dönme TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Bağ Uzunluğu Bağ (yay) sabiti ve bağ uzunluğu atomların tipine bağlıdır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Bağ Açısı Yay sabiti ve bağ açısı atomların kimyasal tipine bağlıdır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Torsiyon Dihedral açısı ve orta bağın etrafındaki simetri katsayısı (n=1,2,3) ile tanımlanır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Newton Yasası Esteric energy = Estr + Ebend + Eimproper + Etor + EvdW + Eqq Potansiyel Fonksiyon Kuvvet Newton Yasası TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Çözeltilerdeki Moleküller Gerçek dünyada moleküller izole değildir. Biyolojik sistemler (proteinler, DNA ve RNA) su içerisindedirler. Çözeltilerin etkilerini tanımlamak için çözücü moleküller serbest olmak zorundadırlar. Bu durumda hesapsal sınırları nasıl koruyabiliriz? TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Periyodik Sınır Koşulları Periyodik sınır koşulları konulup simülasyon moleküllerin sadece bir segmentinde (ki bu segment kopyalanabilir) yapılır. Potansiyel hesabı her atom için çevresindeki en yakın olan 27 küp dikkate alınarak hesap edilir. Bir atomun bir segmentin kenarına kayması halinde segmentin öbür kenarında tekrar edilir. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Kesme Metotları İdeal olarak, her atomun sistemdeki diğer bütün atomlarla etkileşmesi gereklidir. Bu ikinci dereceden bir kuvvet hesap etme algoritması gerektirir. Değer kaybına uğramaksızın uzaktaki atomları ihmal edebiliriz. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Kesme Metotları Kesme mesafesi verilmelidir. Kesme mesafesinde fonksiyon değeri sıfır olacak şekilde kaydırılır. Fonksiyon kesme mesafesine yaklaşırken sıfıra gider. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba MD Paketleri ve Force Field CHARMM Karplus and co. suitable for protein modeling AMBER P. Kollman and co. suitable for nitric acid and also organic molecules GROMACS Berendsen and co. suitable for membrane modeling Others… MM2/3/4 EDEPP, OPLS, CFF, SIGMA…. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba NAMD NAMD (Not Another Molecular Dynamics Simulation) ve VMD (Visual Molecular Dynamics) Klaus Schulten ve grubu tarafından University of Illinois at Urbana Champaign geliştirilmiş olup isteyen herkesin erişimine açıktır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba NAMD: http://www.ks.uiuc.edu/Research/ namd/ TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba VMD: http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Moleküler Dinamiği İlginç Kılan Nedir? İki nedenden dolayı moleküler dinamik ilginçtir. Daha çok biyolojik moleküllerin yapılarının deneysel olarak elde edilmesi Bilgisayar teknolojisindeki kapasite ve hız artışı TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Niçin NAMD? Büyük (Biyolojik) Moleküller Büyük biyomoleküllerin (örn. iyon kanalları) kristal yapılarının belirlenmesi simülasyonları tetiklemiştir. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Niçin NAMD? Büyük Makineler Çok işlemcili güçlü süper bilgisayarların ulaşılabilir olması biyolojik simülasyonları tetiklemiştir. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Niçin NAMD? Ucuz Öbekler (Cluster) Artan kapasite ve hızın yanında bilgisayar fiyatlarının ucuzlaması küçük laboratuarlarda dahi ciddi simülasyonları yapılabilir kılmıştır. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba NAMD Nasıl Çalışır? NAMD kullanarak herhangi bir MD simülasyonu başlatmak için en az dört şey gereklidir: Yapı: Sitemi oluşturan atomların koordinatları / hızları Protein Data Bank’ tan ya da başka kaynaklardan elde edilebilir (http://www.pdb.org). Protein Yapı Dosyası (psf): Proteine ait yapıyı ilgilendiren bütün bilgiler mevcuttur. Potansiyel Parametreleri Dosyası: CHARMM potansiyel fonksiyonu parametreleri NAMD’ de kullanılmaktadır. Konfigürasyon Dosyası: Herhangi bir MD simülasyonu başlatıp devam ettirmek için gerekli bütün parametrelerin depo edildiği dosya TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba PDB Dosyası Simulasyonlar, standart PDB dosya formatında Protein Data Bank’ tan bir kristal yapı ile başlar. PDB dosyaları türler, doku, kaynak, alıntılar, bölüm, ikinci yapı, vs. için standart kayıtları içerir. Biz sadece atom kayıtlarıyla ilgileneceğiz: atom name (N, C, CA) residue name (ALA, HIS) residue id (integer) coordinates (x, y, z) occupancy (0.0 to 1.0) temp. Factor (a.k.a. Beta) segment id (6PTI) Hidrojen atomu yok! (Onları biz kendimiz eklemeliyiz. Onlar psf generarötü ile eklenir.) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Pdb REMARK FILENAME="/usr/people/nonella/xplor/benchmark1/ALANIN.PDB" REMARK PARAM11.PRO ( from PARAM6A ) REMARK =========== REMARK PROTEIN PARAMETERS: REMARK PEPTIDE GEOMETRY FROM RAMACHANDRAN ET AL BBA 359:298 (1974) REMARK TORSIONS FROM HAGLER ET AL JACS 98:4600 (1976) REMARK LENNARD-JONES NONBONDED PARAMETERS WITH SPECIAL TREATMENT OF 1:4 REMARK CARBON-CARBON INTERACTIONS: JORGENSON ET. AL. REMARK REMARK DATE:16-Feb-89 ATOM 1 CA ACE 1 -2.184 0.591 0.910 1.00 7.00 MAIN ATOM 2 C ACE 1 -0.665 0.627 0.966 1.00 0.00 MAIN ATOM 3 O ACE 1 -0.069 1.213 1.868 1.00 0.00 MAIN ATOM 4 N ALA 2 0.000 0.000 0.000 1.00 3.00 MAIN ATOM 5 H ALA 2 -0.490 -0.462 -0.712 1.00 0.00 MAIN ATOM 6 CA ALA 2 1.450 0.000 0.000 1.00 7.00 MAIN ATOM 7 CB ALA 2 1.969 -0.670 -1.262 1.00 0.00 MAIN ATOM 8 C ALA 2 2.010 1.413 0.000 1.00 0.00 MAIN ATOM 9 O ALA 2 2.911 1.748 0.767 1.00 1.00 MAIN ATOM 10 N ALA 3 1.488 2.280 -0.863 1.00 0.00 MAIN ATOM 11 H ALA 3 0.770 1.998 -1.467 1.00 4.00 MAIN JACS 103:3976-3985 WITH 1-4 RC=1.80/0.1 11:21:32 created by user: nonella TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Protein Yapı Dosyası (Psf) Atomik özellikler (Kütle, Yük, Tip) Simülasyondaki her atom listelenir. Tüm statik atom spesifik değerleri içerir: atom name (N, C, CA) Atom type (NH1, CT1) residue name (ALA, HIS) residue id (integer) segment id (6PTI) Atomic mass (amu unit) Partial charge TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Protein Yapı Dosyası (Psf) Simülasyon sistemine ait bütün etkileşim bilgileri psf dosyasında mevcuttur. Psf de olmayanlar Koordinatlar Hızlar Potansiyel parametreleri TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Psf Dosyası Nasıl Hazırlanır? Psf Dosyası VMD kullanılarak hazırlanır. Gerekli Dosyalar: Koordinatlar (Pdb Dosyası) Topoloji dosyası (Charmm) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Psf 1 !NTITLE REMARKS original generated structure x-plor psf file 8935 !NATOM 1 1 1 FOR HF HA 0.090000 1.0080 0 2 1 1 FOR OF O -0.510000 15.9990 0 3 1 1 FOR CF C 0.420000 12.0110 0 4 1 1 FOR N NH1 -0.470000 14.0070 0 5 1 1 FOR HN H 0.310000 1.0080 0 6 1 1 FOR CA CT1 0.070000 12.0110 0 7 1 1 FOR HA HB 0.090000 1.0080 0 8 1 1 FOR CB CT1 -0.090000 12.0110 0 9 1 1 FOR HB HA 0.090000 1.0080 0 10 1 1 FOR CG1 CT3 -0.270000 12.0110 0 11 1 1 FOR HG11 HA 0.090000 1.0080 0 12 1 1 FOR HG12 HA 0.090000 1.0080 0 13 1 1 FOR HG13 HA 0.090000 1.0080 0 14 1 1 FOR CG2 CT3 -0.270000 12.0110 0 15 1 1 FOR HG21 HA 0.090000 1.0080 0 TR-Grid Çalışma 16 1 1 FOR HG22 HA 0.090000 1.0080 Grubu 0 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Toplantısı Charmm FF !BOND PARAMETERS: Force Constant, Equilibrium Radius BOND C C 600.000 {SD=.022} 1.335 ! ALLOW ARO HEM BOND CA CA 305.000 {SD=.031} 1.375 ! ALLOW ARO !ANGLE PARAMETERS: Force Constant, Equilibrium Angle, Urie-Bradley Force Const., U.-B. equilibrium (if any) ANGLE CA CA CA 40.00 {SD=.086} 120.0000 UB 35.000 2.416 ANGLE CP1 N C 60.00 {SD=.070} 117.0000 ! ALLOW PRO !DIHEDRAL PARAMETERS: Energy Constant, Periodicity, Phase Shift, Multiplicity DIHEDRAL C CT2 NH1 C 1.60 {SD=.430} 1 180.0000 ! ALLOW PEP DIHEDRAL C N CP1 C .80 {SD=.608} 3 .0000 ! ALLOW PRO PEP !IMPROPER PARAMETERS: Energy Constant, Periodicity(0), Phase Shift(0) ! Improper angles are introduced for PLANARITY maintaining IMPROPER HA C C HA 20.00 {SD=.122} 0 .0000 ! ALLOW PEP POL ARO IMPROPER HA HA C C 20.00 {SD=.122} 0 180.0000 ! ALLOW PEP POL ARO ! -----NONBONDED-LIST-OPTIONS------------------------------CUTNB= 13.000 TOLERANCEyy= .500 WMIN= 1.500 ATOM INHIBIT= .250 ! -----ELECTROSTATIC OPTIONS-------------------------------EPS= 1.000 E14FAC= 1.000 CDIELECTRIC SHIFT TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Konfigürasyon Dosyası set inputname ./mem16_eq0.restart bincoordinates $inputname.coor binvelocities $inputname.vel extendedSystem $inputname.xsc firsttimestep 0 set outputname mem16_eq0 set temperature 300 set smd 0 set cons 1 set start 0 set ref_umb ./ref.pdb set ref_smd ./ref.pdb set ref_fix ./ref.pdb ########################################## ## JOB DESCRIPTION ## ########################################## # Minimization and Equilibration of # Ribosome in vacuum with cylindrical boundary conditions TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba VMD ve NAMD de kullanılan dosyaların akış şeması TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Tipik bir MD Simülasyonunda Adımlar 1. Molekül hazırlamak -pdb ve psf dosyasında okumak 2. Minimize etmek -Kullanılan kuvvet alanı ile gözlenen yapıyı bağdaştırmak (T=0) 3. Isıtmak -Sistemin sıcaklığını oda sıcaklığına artırmak TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Tipik bir MD Simülasyonunda Adımlar 4. Dengeye getirmek -Sistemin kararlı olduğunu garanti etmek 5. Dinamik -İstenen durumlar (NVE, NpT, vs.) altında simule etmek -Bulduğumuz verileri toplamak 6. Analiz -Gözlenebilirleri hesaplamak (makroskopik düzey özellikleri) -Ya da tek molekül deneyleri ile ilişkilendirmek TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba MD Simulation Details Initial structure is based on crystal structure of Kv1.2, from which only pore domain residues 312 to 421 are simulated. Kv1.2 is embedded in a bilayer of 96 lipid (POPE) molecules Hydrated with 8900 water molecules (TIP3P) Added KCl ions (10 pairs ~150 mM) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba VMD MD Simulation Details Total number of atoms ~45,000 MD simulations are carried out using the NAMD code The PARAM27 version of the CHARMM force field is used NPT simulation Particle-Mesh Ewald algorithm with Periodic box (fixed in x,y directions and the Langevin piston method in the z direction) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Simulation System TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba MD Protocol 1st step: Energy minimization (10,000 step) 2nd step: Heat up to 298 K 3rd step: equilibration : all protein atoms fixed 1ns (A pressure of 1 atm applied with a Langevin piston) backbone fixed 1ns TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba MD Protocol flexible : slow relaxation with k=50 - 0.1 kcal/mol/Ų in 8 step for 3 ns 2 ns equilibration with k=0.1 kcal/mol/Ų (to prevent drift in long simulations) total equilibration time: 7 ns Simulation time on SGI Altix: 17 h/ns with 16 cpu’s. 4th step: production (Potential of mean force and thermodynamic integration (TI) calculations) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Equilibration with restrains on BB atoms k=0.1 k=0.5 k=1 K=25 K=50 TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Equilibration with k=0.1 kcal/mol/ A2 restrains (last 1ns) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Potassium Channels equilibration K (kcal/M/A ) Time (ps) 2 ……… 10.0 7.5 5.0 2.5 2.0 1.5 0.9 0.6 0.3 0.1 …… 300 200 200 200 200 200 200 200 200 1000 TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba PMF calculations for K+ ions Potential of Mean Force (PMF) of a K+ ion is calculated using the channel axis (z) as the reaction coordinate K+ ion in the cavity is moved along the z axis (100 ps equil) The PMF is calculated from the densities using the Boltzmann factor TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba PMF calculations for K+ ions Umbrella sampling (400 ps) A harmonic potential (k =15 kT/ Å2) is used to constrain the ion at various points on the channel axis (interval: 0.5 Å). Weighted Histogram Analysis Method (WHAM) The distributions are unbiased and combined using WHAM → PMF TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Free Energy Difference from TI Hamiltonian is a sum of initial and final Hamiltonians coupled with λ H = (1- λ)HA + λ HB A (λ =0) and B (λ =1) are initial and final states respectively TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Free Energy Difference from TI Free energy difference is determined from the integral using 7-point Gaussian quadrature. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Free energy difference for cavity S4 There are ions in the S1 and S3 binding sites TI is performed for translocating an ion in cavity to the S4 position ΔΔG =17.2 kT (PMF result: 15 kT) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba created destroyed Free energy perturbation (FEP) for cavity S4 There is one ion in the S2 binding site TI is performed for translocating an ion in cavity to the S4 position ΔΔG = 1.9 kT destroyed TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba created Nanotube vs Gramicidin A Capped nanotubes (based on C100 fulerene) resemble lipid molecules The central nanotube (based of (6,6) armchair) resembles the GA. System size for both TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı systems are app. 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella nanotube vs GA details for carbon nanotube based on (6,6) armchair carbon nanotube system size is as large as GA system. MD detail for umbrella sampling all parameters for calculation the PMF with umbrella sampling are chosen as the parameters used in PMF calculations of the GA. Jarzynski equality: free energy determined from ensemble average of work done. e-βΔG = <e-βW > SMD detail for Reference point is pulled with a speed of 10 Å/ns Harmonic force is applied to K+ via a stiff spring (k=20 kcal/M/ Å2) TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella PMF from 81 umbrella windows at 0.5 Å dist. For each wind. 100 ps equil. 300 ps prod. Wham is used for unbiasing Barrier is due to lost of water in the 1st hydration shell. 10 SMD v=10 & 5 Å/ns Total simulation time: 40 & 80 ns. Very good agreement! TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba PMF:dashed JE:red Jarzynsky vs Umbrella Umbrella sampling: 49 windows 1.1 ns sim. time for each Total 54 ns time. Blue: forward (left to right) Red: reverse At the initial state GA equilibrated (5 ns) 10 sampling generated after v=2.5 Å/ns For z=±12 Å interval 101 ns total sim. time. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba PMF:dashed JE:solid lines Jarzynsky vs Umbrella: sampling JE: sampling v=2.5 Å/ns Much more sampling in SMD required! TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella: sampling varying the pulling velocity Free energy averages obtained from 10 SMD simulations Much slower pulling velocity in SMD TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella bs to out TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella bs to out TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella bs to out TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Jarzynsky vs Umbrella Conclusion: Jarzynski equality does not work for the complex biological system needs much more sampling, thus not practical to use. TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Resources Books Tamar Schlick Molecular Modeling and Simulation: An Interdisciplinary Guide 2002 Alan Hinchliffe Molecular Modelling for Beginners 2003 D. C. Rapaport The Art of Molecular Dynamics Simulation. 2004 Daan Frenkel, B. Smit Understanding Molecular Simulation 2001 Websites Molecular Dynamics Tutorial at EMBnet http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/index.html Theoretical and Computational Biophysics Group at UIUC (home of VMD and NAMD) http://www.ks.uiuc.edu/ TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba NAMD TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba Moleküler Dinamik Çalıştayı Programı TR-Grid Çalışma Grubu Toplantısı 07.04.2010 16 Kasım 11 Çarşamba sorular 16 Kasım 11 Çarşamba sorular 16 Kasım 11 Çarşamba