Общий вид программы WaterShell.
Для учёта таких молекулярных эффектов, как ван-дер-ваальсовы взаимодействия, водородные связи и водные мостики, но при этом минимуме вычислительных затрат, требуется надёжный инструмент поиска сильно связанных молекул воды в прилегающем слое растворителя. Эти молекулы можно моделировать явно, и вычислительная эффективность определяется минимизацией числа таких молекул. На первом этапе работы программы молекула биополимера сольватируется, т.е. окружается слоем произвольно ориентированных молекул воды толщиной 4,5–5,0 Å. На втором этапе проводится оптимизация полученной структуры методом молекулярной динамики с помощью комплекса BISON при постепенном разогреве системы до 300 К и моделировании в состоянии температурного равновесия в течение нескольких наносекунд. При этом структура биополимера закреплена достаточно жёсткими позиционными ограничениями (0,25 ккал/моль•Å2), т.к. целью является релаксация и оптимизация только растворителя. Растворитель же, напротив, лишен позиционных ограничений, и молекулы воды могут свободно двигаться в пространстве в поисках локальных энергетических минимумов. Полученные траектории на третьем этапе подвергаются анализу: находятся молекулы воды, формирующие водородные мостики с двумя, тремя или более донорами и акцепторами биополимера. Список молекул воды ранжируется по количеству атомов в мостике и по проценту встречаемости мостиков вдоль траектории, после чего на четвёртом этапе строится модель биополимера, содержащая явные молекулы воды, наиболее часто образующие такие мостики (т.е. «сильно связанные молекулы воды»). Полученная модель в дальнейшем может моделироваться в неявном растворителе, при этом вклад сильно связанных молекул воды учитывается явно в рамках выбранной модели явного растворителя (TIP3P, TIP4P и т.д.).
Программа с графическим пользовательским интерфейсом WaterShell позволяет автоматизировать этот процесс. Пользователь может выбрать максимальное число сохраняемых явных молекул воды (обычно их число не превышает 100) и длительность протокола оптимизации. Кроме того, есть возможность сохранить промежуточные файлы расчётов, которые по умолчанию удаляются, так как могут занимать большой объем дискового пространства. Программа поддерживает операционные системы семейства Microsoft Windows, язык интерфейса – английский. Для работы WaterShell требуется установленный пакет BISON (программа BioPASED).
При использовании программы WaterShell в опубликованной работе, пожалуйста, включите в неё следующую ссылку:
Попов А.В., Воробьёв Ю.Н. 2010. Программа GUI-BioPASED для моделирования молекулярной динамики биополимеров с графическим пользовательским интерфейсом. Молекулярная биология. 44. 735–742.
Ссылки по теме:
