修正履歴 205/7/23 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加 ( スライド ) MDP Run parameters 画面の差し替え ( スライド 26) [Cumulative Number RDF ] を選択するに修正 205/0/06 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加

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ぜんぺいおまた
5 years ago
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1 Winmostar - Gromacs Tutorial Gromacs 基礎編 V6.005 株式会社クロスアビリティ question@winmostar.com 206/07/28

2 修正履歴 205/7/23 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加 ( スライド ) MDP Run parameters 画面の差し替え ( スライド 26) [Cumulative Number RDF ] を選択するに修正 205/0/06 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加 ( 全体 ) V6 画像に差し換え 205/0/07 版 ( スライド 3) 環境設定のスライドを追加 205/2/09 版タイトルを変更 206/0/2 版 V6.005 対応に伴い大幅リニューアル 206/0/20 版 ( スライド 22) 計算実行する旨の記述追加 206/07/28 版 ( スライド 29) YMAX の設定を 0.5 -> 20 に修正 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 2

3 Contents 0 動作環境設定 I. はじめに低分子系における力場について II. 水中のエタノール分子系 Gromacs 実行の基礎を学ぶ III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系食塩水のシミュレーションを実行し計算結果から溶液構造 ( 動径分布関数 ) の解析と自己拡散定数を求める 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 3

0 動作環境設定 Gromacs および関連ツールを使うためには Cygwin のセットアップが必要です http://winmostar.

4 0 動作環境設定 Gromacs および関連ツールを使うためには Cygwin のセットアップが必要ですの. 簡易インストール方法 (Windows) から自己解凍書庫 (exe) を入手し実行してくださいこちらデフォルトでは C: 直下に cygwin_wm がインストールされますが C: 直下以外に置く場合は Winmostar のその他 > パスの設定 > Cygwin (GROMACS) にて cygwin_wm の場所を指定して下さいこちら 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 4

I. はじめに低分子系における力場について Winmostar では [Use acpype] を選択した場合力場のアサインに内部で acpype ) を使用しており力場として GAFF 2) と OPLS-AA/L *3 のいずれか選択できるただし OPLS-AA/L を選択した場合非結合ポテンシャル (non-bonded potential) は OPLS- AA/L となるが

5 I. はじめに低分子系における力場について Winmostar では [Use acpype] を選択した場合力場のアサインに内部で acpype ) を使用しており力場として GAFF 2) と OPLS-AA/L *3 のいずれか選択できるただし OPLS-AA/L を選択した場合非結合ポテンシャル (non-bonded potential) は OPLS- AA/L となるが結合ポテンシャル (bonded potential) には GAFF を採用しているなお OPLS-AA/L 選択の際は分子によってアサインが不完全となることがあるためアサイン結果をログファイル * 4) で確認する必要がある ) acpype 2) GAFF J. Wang, W. Wang, P.A. Kollman and D.A. Case. Journal of Molecular Graphics and Modelling, 25, (2006). ; J. Wang, R.M. Wolf, J.W. Caldwell, P.A. Kollman and D.A. Case. J. Comp. Chem., 25, (2004). 3) OPLS-AA/L W. L. Jorgensen, D. S. Maxwell, and J. Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 8, (996).; W. L. Jorgensen and N. A. McDonald, Theochem 424, (998).; W. L. Jorgensen and N. A. McDonald, J. Phys. Chem. B 02, (998).; R. C. Rizzo and W. L. Jorgensen, J. Am. Chem. Soc. 2, (999).; M. L. Price, D. Ostrovsky, and W. L. Jorgensen, J. Comp. Chem. (200).; E. K. Watkins and W. L. Jorgensen, J. Phys. Chem. A 05, (200).; G. A. Kaminski, R.A. Friesner, J.Tirado-Rives and W.L. Jorgensen, J. Phys. Chem. B 05, 6474 (200). 4) ログファイル Gromacs 計算終了後に [MD(M)]->[Gromacs]->[out ファイル編集 ] で閲覧できる 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 5

6 II. 水中のエタノール分子全体のながれ Gromacs 分子モデリング Winmostar 2 エネルギー極小化 minimization 3 構造緩和 MD 温度一定 nvt 4 構造緩和 MD 温度圧力一定 npt 5 本計算 MD 温度圧力一定 npt 6 トラジェクトリー溶質分子のモデリング Winmostar を使って CH 3 CH 2 OH を作成するエネルギー極小化 ( 最急降下法 ) 計算系のポテンシャルエネルギー変化や計算系を確認する構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) 系の温度エネルギー変化を確認する構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) 系の温度体積変化などを確認する本計算 MD ( 温度圧力一定 : npt) 系の温度体積変化などを確認するトラジェクトリー ( アニメーション ) の起動 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 6

8 II. 水中のエタノール分子 2 エネルギー最小化以下の項目を設定し ( 他はデフォルト値 ) [OK] ボタンを押すウインドウ右下の [Reset] ボタンを押しデフォルト値に戻す力場は OPLS-AA/L 2 溶媒 (solvent) に WATER を指定し最大溶媒挿入数 (maxsol/nmol) を 000 に Preprocess タブ 2 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 8

9 II. 水中のエタノール分子 2 エネルギー最小化 Winmostar から Gromacs を起動するファイルを保存 Gromacs を起動ここではファイル名を CH3CH2OH_ としている *) エネルギー極小化計算終了 * 注意!! ファイル保存先には日本語や全角文字スペースが含まれてはいけない C: Winmostar Seminar CH3CH2OH_.dat C: MD Data CH3CH2OH_.dat スペースが含まれている C: 分子動力学ソフトアルコール CH3CH2OH_.dat 日本語が含まれている 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 9

II. 水中のエタノール分子 2 エネルギー最小化系のポテンシャルエネルギー変化を確認するエネルギー変化を選択 [ 開く ] をクリック Potential にチェック 2Draw

11 II. 水中のエタノール分子 3 構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する ( 計算時間 : 約 70 sec) エネルギー最小化からの変更点 : Extending Simulation をチェック 2 integrator は md( 分子動力学 ) 3 ステップ数 (nstep) は全ての結合長を拘束 (constraint: all-bonds) 5 座標出力間隔 (nstxout) は 00 steps 6 必要に応じて Options タブで並列数を指定 Parameters () タブ Options タブ /0/2 5 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

II. 水中のエタノール分子 3 構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) MD > Gromacs > エネルギー変化で結果を確認する

13 II. キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する (82 sec) 構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) からの変更点 : 初速度を前の計算から引き継ぐ (gen-vel=no) 2 ステップ数 (nstep) は圧力制御 (pcoupl) には parrinello-rahman を使用 4 設定圧力 (ref-p) は bar Parameters () タブ水中のエタノール分子 4 構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) /0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 3

II. キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する (4 sec) 構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) の設定からの変更点 : ステップ数 (nstep) は 25000

15 II. キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する (4 sec) 構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) の設定からの変更点 : ステップ数 (nstep) は Parameters () タブ水中のエタノール分子 5 本計算 MD( 温度圧力一定 : npt) 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 5

17 II. 水中のエタノール分子 5 本計算 MD( 温度圧力一定 : npt) トラジェクトリーを確認する MD Gromacs GRO ファイル読み込みを起動 gmx_tmp_mdrun.gro を指定 MD の最終ステップ (25000 ステップ =50 ps) の 3D 構造が表示される 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 7

18 II. 水中のエタノール分子 5 本計算 MD( 温度圧力一定 : npt) トラジェクトリーを確認する 2 MD Gromacs トラジェクトリ読み込みを起動 gmx_tmp_mdrun.groを指定 gmx_tmp_mdrun_trr を指定再生ボタンをクリック 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 8

II. 水中のエタノール分子 5 本計算 MD( 温度圧力一定 : npt) トラジェクトリーを確認する 4 2 再生ボタンをクリックする WI を選択する

21 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系全体のながれエネルギー極小化 minimization 2 構造緩和 MD 温度一定 nvt Gromacs 3 構造緩和 MD 温度圧力一定 npt 4 本計算 MD 温度圧力一定 npt 5 系の温度圧力体積変化トラジェクトリー 6 動径分布関数 7 平均二乗変位自己拡散定数エネルギー極小化 ( 最急降下法 ) 計算構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) 構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) 本計算 MD ( 温度圧力一定 : npt) 系の温度圧力エネルギー変化やトラジェクトリーを確認する動径分布関数を計算する平均二乗変位を計算し自己拡散係数を求める 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 2

III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系エネルギー極小化 ( 最急降下法 ) 計算キーワード設定から以下の項目を設定し ( 他はデフォルト値 ) Gromacs 実行するウインドウ右下の [Reset] ボタンを押しデフォルト値に戻す No Solute を選択 2 力場は OPLS-AA/L 3 3.

22 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系エネルギー極小化 ( 最急降下法 ) 計算キーワード設定から以下の項目を設定し ( 他はデフォルト値 ) Gromacs 実行するウインドウ右下の [Reset] ボタンを押しデフォルト値に戻す No Solute を選択 2 力場は OPLS-AA/L nm に設定 4 溶媒 (solvent) に WATER を指定し最大溶媒挿入数 (maxsol/nmol) を 500 に 5 Concentration を 0.20 に変更 6 ファイル名を H2O_Na5Cl5 として保存 Preprocess タブ /0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 22

23 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 2 構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する (04 sec) エネルギー最小化からの変更点 : Extending Simulation をチェック 2 integrator は md( 分子動力学 ) 3 ステップ数 (nstep) は座標出力間隔 (nstxout) は 00 steps 5 必要に応じて Options タブで並列数を指定 Parameters () タブ Options タブ /0/2 4 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 23

24 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 3 構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する (06 sec) 構造緩和 MD( 温度一定 : nvt) からの変更点 : 初速度を前の計算から引き継ぐ (gen-vel=no) 2 ステップ数 (nstep) は圧力制御 (pcoupl) には parrinello-rahman を使用 4 設定圧力 (ref-p) は bar Parameters () タブ /0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 24

25 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 4 本計算 MD( 温度圧力一定 : npt) キーワード設定から以下のように設定し Gromacs 実行する (254 sec) 構造緩和 MD( 温度圧力一定 : npt) の設定からの変更点 : ステップ数 (nstep) は Parameters () タブ 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 25

27 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 5 系の温度圧力エネルギー変化やトラジェクトリーを確認する MD Gromacs GRO ファイル読み込みを選択するトラジェクトリーを確認する gmx_tmp_mdrun.gro を指定 MD の最終ステップの 3D 構造が表示される 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 27

28 MD Gromacs 動径分布関数を選択する III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 6 動径分布関数を計算する水と Na + の動径分布関数を表示させる Reference Group に [NA ] を選択する 2 Terget Group に [Water ] を選択する 3 [center of mass ] を選択する 4 [Draw] をクリックする 2 3 水と Na + の第一ピーク水と Na + の第二ピーク 4 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 28

29 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 6 動径分布関数を計算する Na + の周りの水の配位数を求める [Cumulative Number RDF ] を選択する 2 Autoscale のチェックを外す 3 XMIN に 0 を XMAX に 0.5 を YMIN に 0 を YMAX に 20 を設定する 4 Draw をクリックする水の第一水和圏の水和数 ( 約 6 分子 ) 詳しい解析を行うには CSV 出力させ Excel などを活用する 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 29

III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 6 動径分布関数を計算する水の O( 酸素 )

をクリックする 2 3 4 [ : Water ] を選択する 2 OW ( 水分子の酸素 )

30 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 6 動径分布関数を計算する水の O( 酸素 ) を新グループとして登録する MD Gromacs 動径分布関数を選択する Create Group をクリックする [ : Water ] を選択する 2 OW ( 水分子の酸素 ) にチェックを入れる * 3 新グループ名をタイプインする 4 Create をクリックする * Atom Name を知る方法トラジェクトリー確認 ( 前スライドページ ) の際画面左の座標欄に表示されている原子名を参考にする 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 30

31 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 6 動径分布関数を計算する水の O( 酸素 ) と Na + の動径分布関数を表示させる Reference Group に [NA ] を選択する 2 Terget Group に [OW ] を選択する 3 [Draw] をクリックする 2 水の O と Na + の第一ピーク水の O と Na + の第二ピーク 3 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 3

32 III. 水中に複数の Na + と Cl - を含む系 7 自己拡散定数を求める MD Gromacs 平均二乗変位を選択する [Water] を選択する 2 Draw をクリックする 3 平均二乗変位グラフが表示され自己拡散係数が表示される実験値 :2.3 x 0-5 cm 2 /s Target Group で [NA] や [CL] を選択しグラフや自己拡散定数を比較してみる 2 206/0/2 Copyright (C) 206 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 32 3

Winmostar- Gromacs Tutorial 2 タンパク系 (pdb2gmx を使用 ) V6.005 株式会社クロスアビリティ 2016/1/15

Winmostar- Gromacs Tutorial 2 タンパク系 (pdb2gmx を使用 ) V6.005 株式会社クロスアビリティ question@winmostar.com 2016/1/15 修正履歴 2015/7/16 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加 ( スライド 7) 部分削除の操作修正 ( スライド 9) MDP Run parameters 画面の差し替え (refcoord-scaling

修正履歴 205/7/23 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加 ( スライド ) MDP Run parameters 画面の差し替え ( スライド 26) [Cumulative Number RDF ] を選択する に修正 205/0/06 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加

修正履歴 205/7/23 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加 ( スライド ) MDP Run parameters 画面の差し替え ( スライド 26) [Cumulative Number RDF ] を選択するに修正 205/0/06 版 ( スライド 2) 修正履歴を追加