1 / 44

Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com

TR-GRID ÇALŞTAYI Nisan 5-9, 2010, TUBİTAK-ULAKBİM, Ankara.

raoul
Download Presentation

Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. TR-GRID ÇALŞTAYI Nisan 5-9, 2010, TUBİTAK-ULAKBİM, Ankara H1N1 (domuz gribi) ve H5N5 (kuş gribi) tipi retrovirüslere karşı in-siliko ilaç geliştirilmesi ve TR-GRID’de $AMBERHOME (autodock_vina, amber v10, autodock tools, gamess, gabedit, vmd, chimera, sirius, digital studio visualizer, etc) programlarının kullanımı Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com M.S.,Eczacılık Fakültesi, Wisconsin Üniversitesi, Madison, WI USA Ph.D.,Eczacılık Fakültesi, Gazi Üniversitesi,Ankara

  2. AMBER ÇALIŞTAYI AMACI TR-GRID $AMBERHOME programları kullanılarak : 1) İlaç-reseptör etkileşimlerinin Autodock_vina ile incelenmesi 2) AMBER Molecular Mechanics 3) İlaçların bağlanma değerlerinin (Ka ve ∆G) MM-PBSA (Molecular Mechanics/Poisson-Boltzmann Surface Area) yöntemi ile belirlenmesi 4) Madde 1-3 için gerekli programların TR-GRID de çalıştırılması KONU Oseltamivir, Zanamivir ve Peramivir gibi nöraminidaz inhibitörü ilaçların influenza A tipi retrovirüs enfeksiyonlarına karşı etki mekanizmalarının in siliko yöntemlerle incelenmesi METOT ve ARAÇLAR $AMBERHOME@TRGRID programları : autodock_vina v1 ve AMBER v10 program paketi, 2HU4.pdb, chimera, Autodock Tools (ADT) GAMESS QUANTUM MECHANICS ÇALIŞTAYI AMACI 1) DSV (Digital Studio Visualizer) ile molekül hazırlanması 2) GAMESS input dosyalarının GAPEDIT ile hazırlanması 3) GAMESS işlerinin PBS script ile node’lara gönderilmesi 4) Density Functional Theory B3LYP/6-31 G* (d,p)Quantum metodu ilemoleküller arasında potansiyel enerji hesaplaması, stabilite ve afinite

  3. İnsanlara bulaşan İnfluenza-A retrovirüs tipleri

  4. Figure was adapted from A. Moscona (2005). Neuraminidase İnhibitors for Influenza. Drug Therapy, 353, 1363-1373.

  5. Taylor NR, von Itzstein M (March 1994). "Molecular modeling studies on ligand binding to sialidase from influenza virus and • the mechanism of catalysis". Journal of Medicinal Chemistry37 (5): 616–24.

  6. Anti-influenza ilaç geliştirme çabaları nöraminidaz enziminin kristal yapısını1983’te Colman1 grubu yayınladıktan sonra hızlandı. 1. PM Colman, JN Varghese, WG Laver (1983). Structure of the catalytic and antigenic sites in influenza virus neuraminidase. Nature; 303:41-44. İçerik: Peramivir, 2009 Ticari isim: Faz-III test aşaması Firma:BioCryst Pharmaceuticals (USA), Allience of U.S. Department of Health and Human Services Uygulama: Intravenous or intramascular Metot: Kristalografi, In Siliko İçerik: Zanamivir, 1989 Ticari isim: Relenza Firma:GlaxoSmithKline (UK) Uygulama: Oral inhalation Metot: In Siliko, GRID (Molecular Discovery Ltd.) İçerik: Oseltamivir Ticari isim: Tamiflu Firma:GlaxoSmithKline (USA) Uygulama: Capsulles Metot: In Siliko ethyl (3R,4R,5S)-5-amino-4-acetamido-3-(pentan-3-yloxy)cyclohex-1-ene-1-carboxylate (2R,3R,4S)- 4-[(diaminomethylidene)amino]- 3-acetamido- 2-[(1R,2R)- 1,2,3-trihydroxypropyl]- 3,4-dihydro- 2H-pyran- 6-carboxylic acid (1S,2S,3S,4R)-3-[(1S)-1-acetamido-2-ethyl-butyl]-4- (diaminomethylideneamino)-2-hydroxy-cyclopentane- 1-carboxylic acid

  7. $AMBERHOME module load tr-01-ulakbim/application/amber10/intel AMBER v10 http://ambermd.org GAMESS QM http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/GAMESS.html GABEDIT http://gabedit.sourceforge.net Discovery Studio Visualizer v2.0 http://www.accelrys.com AutoDock (MGL) Tools v1.x.x http://mgltools.scripps.edu Autodock_vina http://vina.scripps.edu VMD http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd Sirius

  8. En sık kullanılan koordinat dosyaları 1) Protein Data Bank (PDB) formatı (makro moleküller, ligand, su, iyonlar, vb.) REMARK HELIX SHEET SSBOND atom # atom type residue chain res.# x y z -------------------------------------------------------------------------------------------- ATOM 1 N VAL A 83 -0.603 65.642 77.183 .. TER HETATM 2 CA MOL A/B 312 -0.883 67.005 76.630 TER CONECT END 2) SYBYL mol2 formatı (makromoleküller, küçük moleküller) #Creation time: Mon Apr 03 11:57:47 GTB Daylight Time 2010 @<TRIPOS>MOLECULE zanamivir 42 42 1 0 0 PROTEIN USER_CHARGES @<TRIPOS>ATOM # atom type x y z atom type chain -------------------------------------------------------------------------------------------- 1 C1 -2.2360 81.9860 111.4310 C.2 1 ZMR 0.2503 .. @<TRIPOS>BOND 1 1 3 2

  9. Uygun PDB dosyası seçimi PROTEIN DATA BANK http://www.rcsb.org Protein, RNA, DNA, Glikoprotein, reseptör-ilaç komplex yapıları Dosya formatı : PDB Search (Arama) ile molekül(ler) bulunabilir 1) Kristal (susuz ortamda) yapı koordinatları. Metot: X-RAY kristalografisi -Tek bir yapı. -Monomerler kristallenirken dimer veya tetramer yapı oluşturabilirler. Bu durumda birinci monomer yapı koordinatları tercih edilir -Hidrojen atomları dahil değildir. Mümkünse <2.5 Ao çözünürlük tercih edilmelidir. -Çok az miktarda kristallenmiş su molekülleri içerebilir. 2) Çözelti (sulu ortamda) yapı koordinatları. Metot: NMR yapı tayini -Ortalama bir yapı veya birden fazla üst-üste çakıştırılmış yapılar olabilir. -Gerekli olmadıkça su molekülleri içermezler BIOMAGNETIC RESONANCE BANK (BMRB) http://www.bmrb.wisc.edu/index.html PDB formatında Biyomoleküllerin NMR çözelti yapıları DOCKING ve MOLECULAR MECHANICS için kristal yapıları tercih ediniz.

  10. Protein Data Bank’ta uygun H1N1 tipi nöraminidaz enzim koordinatları seçimi

  11. amino asitler

  12. RESEPTÖR VE LİGAND KOORDİNATLARI CHIMERA kullanımı --$AMBERHOME kütüphanelerini yükleyiniz. module load tr-01-ulakbim/application/amber10/intel --chimera’yı çalıştırınız chimera File>Fetch By ID >PDB seçiniz > kutuya 2hu4 yazınız > Fetch --2 adet tetramer kristal yapısı. Monomerler: A, B, C, D, E, F, G, H --sadece monomer A ile çalışılacak. Monomer A koordinatlarını 2HU4_A.pdb olarak kaydediniz Select>Chain>A File> Save PDB File name : 2HU4_A.pdb “Save Selected atoms only” ve “Use untransformed atoms only” işaretleyiniz > Save -- 2HU4.pdb dosyasını kapatınız ve 2HU4_A.pdb dosyasını yükleyiniz. File>Close File>Open File name : 2HU4_A.pdb > Open -- Actions>Atoms/Bonds>delete -- Ligandı (oseltamivir) PDB formatında kaydediniz Select>Residue>G39 File>SavePDB>Save Selected Atoms Only> Filename: oseltamivir.pdb

  13. RESEPTÖR VE LİGAND HAZIRLANMASI EDİTÖR KULLANIMI nedit veya vi editörleri 2HU4.pdb dosyasındaki reseptör (nöraminidaz) koordinatları -- 2HU4 dosyasında ATOM 1 ile TER 2963 arasındaki atom koordinatlarını kopyalayıp -- bir başka dosyaya yapıştırınız ve rec.pdb olarak kaydediniz ATOM 1 N VAL A 83 -0.603 65.642 77.183 1.00 23.27 N .. .. TER 2963 ILE A 468 2HU4.pdb dosyasındaki ligand (oseltamivir) koordinatları -- 2HU4 dosyasında HETATM23705 ile HETATM23724 arasındaki atom koordinatlarını kopyalayıp -- bir başka dosyaya yapıştırınız ve oseltamivir.pdb olarak kaydediniz. HETATM23705 C1 G39 A 800 -3.037 80.824 111.119 1.00 25.76 C .. .. HETATM23724 N4 G39 A 800 0.933 78.130 109.177 1.00 23.72 N

  14. CYSTINE BAĞLARININ BELİRLENMESİ -- cystine (-S-S-)AMBER kodu : CYX -- cystein (-SH) AMBER kodu : CYS -- 2HU4.pdb dosyasını less, vi veya nedit ile text olarak görüntüleyiniz -- SSBOND satırlarını bulunuz ve A monomerine karşılık gelen cystine bağlarını kaydediniz 2HU4.pdb SSBOND 1 CYS A 92 CYS A 417 SSBOND 2 CYS A 124 CYS A 129 SSBOND 3 CYS A 183 CYS A 230 SSBOND 4 CYS A 232 CYS A 237 SSBOND 5 CYS A 278 CYS A 291 SSBOND 6 CYS A 280 CYS A 289 SSBOND 7 CYS A 318 CYS A 336 SSBOND 8 CYS A 421 CYS A 447 -- rec.pdb dosyasını açınız. -- CYS aminoasitler (residue): 92, 417, 124, 129, 183, 230, 232, 237, 278, 291, 280, 289, 318, 421, 447 -- Belirlenen CYS aminoasitlerin PDB dosyasındaki KOD isimlerini CYS  CYX olarak değiştiriniz ve pdb dosyasını rec_amber.pdb olarak kaydediniz. Örnek ; CYS: ATOM 62 N CYS A 92 -17.988 76.072 85.388 1.00 22.34 N CYX: ATOM 62 N CYX A 92 -17.988 76.072 85.388 1.00 22.34 N

  15. DOCK AutoDOCK Tools (ADT) ile reseptör ve ligandı hazırlama Önemli hususlar Kısmi atom yükleri : Gestaiger yükleri Protein : Polar atomlar hidrojen içerir. Polar olmayan atomlar hidrojen içermez. Ligand : Atomlar hidrojen içermez. Autodock dosya formatı : PDBQT -- ADT yi çalıştırınız adt --Auto Dock button’una basınız ve beliren pencerede Dismiss’e basınız Ligand hazırlama: Ligand>Input>Open klasörünüzden oseltamivir.pdb seçiniz Ligand > Tosrion Tree>Choose Torsions Ligand>Output>Save as PDBQT> oseltamivir.pdbqt olarak kaydediniz Protein hazırlama: File > Read Molecule > klasörünüzden pdb formatında rec.pdb seçiniz Edit > Hydrogens > Add > Polar Only  Ok Grid > Macromolecule > Choose > rec>Select Molecule> File name : rec.pdbqt Grid > Grid Box  Spacing : 1 Button’ları kullanarak GRID kutunuzun boyutlarını belirleyiniz ve aşağıdaki gibi kaydediniz Grid Points Center Grid Box x_dimension 26 x_center : -0.964 y_dimension 28 y_center : 81.448 z_dimension 30 z_center : 109.51

  16. run.sh : DOCK AUTODOCK_VINA -- mkdirile kendinize bir $HOME/klasor yaratınız. Bu klasörde olması gereken dosyalar: rec.pdbqt, oseltamivir.pdbqt, vina.in run.sh vina.in: receptor = rec.pdbqt ligand = oseltamivir.pdbqt out = docked_results.pdbqt size_x = 26 size_y = 28 size_z = 30 center_x = -0.964 center_y = 81.448 center_z = 109.51 exhaustiveness = 8

  17. DOCK AUTODOCK_VINA -- vina işini gönderiniz qsub run.sh Output : vina.log (energy scores) docked_results.pdbqt (dock olmuş molekül koordinatları) vina.out : mode | affinity | dist from best mode | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b. -----+------------+----------+---------- 1 -6.7 0.000 0.000 2 -6.7 2.226 4.415 3 -6.6 2.318 4.118 4 -6.3 1.586 2.074 5 -6.2 2.241 4.783 6 -6.1 2.108 4.903 7 -6.0 2.192 5.004 8 -5.7 2.951 4.128 9 -5.6 2.798 3.724 Dock koordinatları görüntüleme --adt çalıştırınız. --Float Dashboard Widget button’una basıp “Phyton Molecule Viewer (PMV)” pencerini ekranınızın farklı bir yerine taşıyınız File > Read Molecule > rec.pdb File > Read Molecule > docked_results.pdbqt PMV de MS ile reseptörün yüzey görünümünü açınız PMV de birinci oseltamivir dışında diğer ligandların line button’nunu inaktif ediniz. PMV de birinci oseltamivir için Display S&B ve Atom opsiyonlarını işaretleyiniz. PMV de birinci oseltamivir’I Select ile seçiniz Edit>Add Hydrogens> All Hydrogens >OK File > Save > Write PDB>oseltamivir_docked.pdb olarak kaydediniz.

  18. AMBER v10 (2008)Assisted Model Building with Energy Refinement • D.A. Case, T.A. Darden, T.E. Cheatham, III, C.L. Simmerling, J. Wang, R.E. Duke, R. • Luo, K.M. Merz, B. Wang, D.A. Pearlman, M. Crowley, S. Brozell, V. Tsui, H. Gohlke, J. Mongan, V. Hornak, G. Cui, P. Beroza, C. Schafmeister, J.W. Caldwell, W.S. Ross, and P.A. Kollman (2008), AMBER 10, University of California, San Francisco. • http://ambermd.org

  19. AMBER v10 • Mighty AMBER Force Field for amino acids, (deoxy) ribonucleot(s)ides, sugars, small organic molecules • Determines semiempirical quantum charges for small molecules (AM1-BCC ~ RESP) • Molecular Dynamics (MM) Explicit solvent simulations Particle Mesh Ewald NMR restraints Poisson Boltzmann Implicit solvent simulations Poisson Boltzmann Generalized Born Stand-alone simulations NMR restraints (NOE distance, dihedral angle, dipolar couplings, chemical shifts) X-Ray restraints (distance and torsion angles) • Quantum Mechanics/Molecular Mechanics (QM/MM) ~ QSAR Study Enzyme (receptor) – Substrate (ligand) interactions Substrate (ligand) = QM_semiempirical Hemiltonian (AM1-BCC, PM3, MINDO/2), Gaussian Enzyme (receptor) = MM • Thermodynamics G, H, S, Cv, Binding constant • Constant pH simulations, pKa shifts for titratible groups • Transition state analysis • Docking (locus of the receptor must be known)

  20. Chimera Sirius

  21. MM by AMBER10 EPtot = Σ Kr (r–req)2bond bonds + Σ KΘ (Θ–Θeq)2angle angles + Σ (Vn/2) (1 + cos[nФ–γ])dihedral dihedral atoms + Σ (Aij/R12ij) - (Bij/ R6ij)van der Waals i ≠ j atoms + Σ (qiqj / εs Rij) electrostatic i ≠ j [ + EEPextra points (optional)] atoms [ - ( 1/2)Σ μindi . E(o)ipolarization (optional) ] i ≠ j

  22. Molecular Dynamics için input dosyaları Aşağıda belirtilen klasörleri mkdir ile yaratınız ve bu klasörlere gerekli input ve pdb dosyalarını taşıyınız ante : oseltamivir_docked.pdb prmtop : rec_amber.pdb relax : relax.in temp : temp.in md : md.in ptraj : ptraj.in mmpbsa : coord.in, mmpbsa.in mdout Temp.in: Temperature equilibration &cntrl imin=0, nstlim=10000, ntb=1, irest=0, ntx=1, ntc=2, ntf=2, ntt=3, tempi=0, temp0=298.15, gamma_ln=1, vlimit=5, dt=0.002, ntpr=250, ntwx=250, cut=9, &end Md.in : Pressure equilibration and Molecular dynamics &cntrl imin=0, nstlim=1000000, dt=0.002, cut=9, irest=1, ntx=5, ntt=3, gamma_ln= 1.0, tempi=298.15, temp0=298.15, ntb=2, ntp=1, pres0=1, taup=2, ntc = 2, ntf = 2, ntpr=2500, ntwx=2500, ntr=0, &end Relax.in: Relax the entire system &cntrl imin = 1, maxcyc = 1000, ncyc = 500, ntb = 1, ntr = 0, cut = 9, ntx = 1 /

  23. Antechamber ile AM1-BCC kısmi atom yükleri hesaplama -- AM1-BCC-Austin Model 1 with Bond and Charge Correction -- DFT HF/6-31 G* kısmi yüklerine benzer sonuçlar cd ante antechamber –i oseltamivir.pdb –fi pdb –o ligand.mol2 –fo mol2 –at gaff –c bcc –nc 0 –rn MOL –j 4 parmchk –i ligand.mol2 –f mol2 –o ligand.params

  24. AMBER ile 10 ns Molecular Dynamics XLEAP, TLEAP, Parameter&Topology ve Coordinate dosyaları cd prmtop -- xleap veya tleap çalıştırınız source leaprc.ff99SB source leaprc.gaff loadamberparams ../ante/ligand.params lig=loadmol2 ligand.mol2 rec=loadpdb rec_amber.pdb com=combine {rec lig} check com charge com saveamberparm com com_mmpbsa.prmtop com_mmpbsa.x saveamberparm rec rec_mmpbsa.prmtop red_mmpbsa.x saveamberparm lig lig_mmpbsa.prmtop lig_mmpbsa.x addions2 com Na+/Cl- 0/sayı (0: nötrallemek için ; sayı: counterion sayısı) solvateoct com TIP3PBOX 10/8 0.4 (su molekülleri kompleksten 10 veya 8 Ao uzaklığa kadar dizilebilir. 0.4 Ao su molekülleri ile kompleks arasındaki boşluktur) saveamberparm com mol.prmtop mol.x savepdb com com.pdb Output dosyaları : com.prmtop (parameter&topology), com.x (coordinates) ve com.pdb

  25. run.sh 1 #!/bin/sh #PBS -q trgridd@ce.ulakbim.gov.tr #PBS -N swineflu #PBS -l nodes=20:ppn=1 ## Export all my environment variables to the job #PBS -V CALISMA_DIZINI="/home_palamut1/cenk/klasor" cd $CALISMA_DIZINI AMBERBIN="/home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin" if [ "x$PBS_NODEFILE" != "x" ] ; then echo "PBS Nodefile: $PBS_NODEFILE" HOST_NODEFILE=$PBS_NODEFILE fi if [ "x$LSB_HOSTS" != "x" ] ; then echo "LSF Hosts: $LSB_HOSTS" HOST_NODEFILE=`pwd`/lsf_nodefile.$$ for host in ${LSB_HOSTS} do echo $host >> ${HOST_NODEFILE} done fi if [ "x$HOST_NODEFILE" = "x" ]; then echo "No hosts file defined. Exiting..." exit fi echo "***********************************************************************" CPU_NEEDED=`cat $HOST_NODEFILE | wc -l` echo "Node count: $CPU_NEEDED" echo "Nodes in $HOST_NODEFILE: " cat $HOST_NODEFILE echo "***********************************************************************" echo $HOME echo "***********************************************************************" CPU_NEEDED=`cat $HOST_NODEFILE | wc -l` echo "Checking ssh for each node:" NODES=`cat $HOST_NODEFILE` for host in ${NODES} do echo "Checking $host..." ssh $host hostname done AMBER Molecular Dynamics

  26. AMBER Molecular Dynamics Run.sh(devamı) 2 echo "***********************************************************************" DO_PARALLEL="mpirun -np $CPU_NEEDED ";export DO_PARALLEL /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/library/lam-7.1.4-intel9.1/bin/lamboot $HOST_NODEFILE ########################################################################## $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/relax/relax.in -o $CALISMA_DIZINI/relax/relax.out \ –p $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.x -r $CALISMA_DIZINI/relax/mol.relax.x $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/temp/temp.in -o $CALISMA_DIZINI/temp/temp.out -p \ $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/relax/mol.relax.x -r $CALISMA_DIZINI/temp/mol.temp.x –x \ $CALISMA_DIZINI/temp/mol.temp.traj $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/md/md.in -o $CALISMA_DIZINI/md/md1.out –p \ $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/temp/mol.temp.x -r $CALISMA_DIZINI/md/mol.md1.x –x \ $CALISMA_DIZINI/md/mol.md1.traj $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/md/md.in -o $CALISMA_DIZINI/md/md2.out -p \ $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/md/mol.md1.x -r $CALISMA_DIZINI/md/mol.md2.x –x \ $CALISMA_DIZINI/md/mol.md2.traj $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/md/md.in -o $CALISMA_DIZINI/md/md3.out -p \ $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/md/mol.md2.x -r $CALISMA_DIZINI/md/mol.md3.x –x \ $CALISMA_DIZINI/md/mol.md3.traj $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/md/md.in -o $CALISMA_DIZINI/md/md4.out -p \ $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/md/mol.md3.x -r $CALISMA_DIZINI/md/mol.md4.x -x \ $CALISMA_DIZINI/md/mol.md4.traj $DO_PARALLEL $AMBERBIN/pmemd -O -i $CALISMA_DIZINI/md/md.in -o $CALISMA_DIZINI/md/md5.out -p \ $CALISMA_DIZINI/prmtop/mol.prmtop -c $CALISMA_DIZINI/md/mol.md4.x -r $CALISMA_DIZINI/md/mol.md5.x -x \ $CALISMA_DIZINI/md/mol.md5.traj /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/library/lam-7.1.4-intel9.1/bin/lamhalt ls ~/klasor $ ante prmtop relax temp md ptraj mmpbsa run.sh $ chmod 755 run.sh $ qsub run.sh İşinizi kontrol etmek için qstat komutunu kullanabilirsiniz

  27. AMBER Molecular Dynamics -- Hesaplamaların yürümesini tail ile kontrol ediniz. Mesela; cd md tail –f md3.out (tail iptal için cntrl+C) -- Potansiyel enerji, sıcaklık dengelenmesi, basınç dengelenmesi gözlemi için; cd mdout mdout.pl ../md/md1.out ../md/md2.out ../md/md3.out ../md/md4.out ../md/md5.out ../md/md6.out ../md/md7.out ../md/md8.out ../md/md9.out ../md/md10.out Output: summary.EPTOT, summary.PRES , summary.TEMP xmgrace, EXCEL ile output dosyalarını grafik olarak aşağıdaki gibi sunabilirsiniz

  28. EXCEL ile oluşturulmuş potansiyel enerji eğrisine bir örnek aşağıda verilmektedir.

  29. Trajectory analizi, PTRAJ, rmsd, CHIMERA cd ptraj ptraj –p ../prmtop/mol.prmtop ptraj.in ptraj.in: trajin ../md/mol.md1.traj trajin ../md/mol.md2.traj trajin ../md/mol.md3.traj trajin ../md/mol.md4.traj trajin ../md/mol.md5.traj reference ../prmtop/mol.x rms reference :1-385 out rec.rms.out time 5 rms reference :386 out lig.rms.out time 5 rms reference :1-386 out com.rms.out time 5 Output: rec.rms.out, com.rms.out, lig.rms.out Plotting: xmgrace, EXCEL Örnek rmsd eğrisi  Cenk Andac, Muge Andac, Adil Denizli (2007). Predicting the Binding Properties of Cibacron Blue F3GA in Affinity Seperation Systems. International Journal of Biological Macromolecules (Structure, Function and Interactions), 41, 430-438.

  30. MMPBSA (Molecular Mechanics/Poisson Boltzman Surface Area) Bağlanma serbest enerjisi, bağlanma sabiti hesaplanması • Thermodynamic computations are conducted at 300 K by the mm-pbsa module of AMBER v9-10 for the complex , the receptor and the ligand, exhibiting the following 1:1 binding interaction . • Kon Kon • Receptor + Ligand  Complex Ka= ------------- • Koff Koff • The Absolute free energy (G) for the complex, the receptor, and the ligand is computed in a classical manner as in EQ.1, • G = H – T. S EQ.1 • in which T is the temperature of the system at 300 K. The binding free energy (ΔG) of the complex system is computed as in EQ.2 • ΔG = Gcomp – [ Grec + Glig ] EQ.2 • ΔG = Δ H - TΔS • The entropy term is a sum of translational, rotational and vibrational entropies and is disfavorable in total. • 100 snapshots are extracted for the coordinates of the solute species (complex, receptor and ligand) within the last 10-20% of the trajectory. H and S terms are computed for each snapshots and averaged out of the 100 snapshots to constitute mean absolute H and mean absolute S terms. C.A.

  31. MMPBSA (Molecular Mechanics/Poisson Boltzman Surface Area) Enerji terimleri Teori: Absolute (single-state) energy terms in MM-PBSA H = EPtot EPtot = Hgas+ Gsolv Gsolv = Gel + Gnonel Gel Linearized Poisson Boltzmann  ε(r) Ø(r) = - 4 π . ρ(r) - 4 π∑ ziciexp(−zi Ø(r)/kBT) Gnonel= γ (SURFTEN). SASA + b (SURFOFF) Stot = Srotational + Stranslational + Svibrational G = H - T. Stot Free energy of binding Receptor + Ligand -> Complex Δ Gbinding = Gcomplex – [G receptor + G ligand ]

  32. @GENERAL PREFIX anti-influenza PATH /home_palamut1/cenk/tubitak/mmpbsa COMPLEX 1 RECEPTOR 1 LIGAND 1 COMPT /home_palamut1/cenk/tubitak/mmpbsa/com.prmtop RECPT /home_palamut1/cenk/tubitak/mmpbsa/com.prmtop LIGPT /home_palamut1/cenk/tubitak/mmpbsa/com.prmtop GC 1 AS 0 DC 0 MM 0 GB 0 PB 0 MS 0 NM 0 @MAKECRD BOX YES/NO (YES: Sulu ortam NO: Susuz ortam)  NTOTAL ?? (pdb dosyasında toplam atom sayısı)  NSTART ?? (Trajectory’de istenilen ilk snapshot)  NSTOP ?? (Trajectory de istenilen son snapshot)  NFREQ ?? (snapshot aralık frekansı)  NUMBER_LIG_GROUPS 1  LSTART 5750  LSTOP 5795  NUMBER_REC_GROUPS 1  RSTART 1  RSTOP 5749  @TRAJECTORY TRAJECTORY /home_palamut1/cenk/tubitak/md/mol.md3.traj @PROGRAMS SANDER /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/sander NMODE /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/ nmode AMBPDB /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/ ambpdb MOLSURF /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/molsurf AMBERHOME /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10 Koordinatları trajectory ‘den ekstraksiyonu cd mmpbsa mm_pbsa.pl coord.in >& \ coord.out & coord.in  output koordinatlar anti-influenza_com.crd.1 … anti-influenza_com.crd.100 --------------------------------- anti-influenza_rec.crd.1 … anti-influenza_rec.crd.100 --------------------------------- anti-influenza_lig.crd.1 … anti-influenza_lig.crd.100 ---------------------------------

  33. @GENERAL PREFIX anti-influeza PATH /home_palamut1/cenk/tubitak/mmpbsa COMPLEX 1 RECEPTOR 1 LIGAND 1 COMPT /home_palamut1/cenk/tubitak/prmtop/com_mmpbsa.prmtop RECPT /home_palamut1/cenk/tubitak/prmtop/rec_mmpbsa.prmtop LIGPT /home_palamut1/cenk/tubitak/prmtop/com_mmpbsa.prmtop GC 0 AS 0 DC 0 MM 1 GB 0 PB 1 MS 1 NM 1 @PB PROC 2 REFE 0 INDI 1.0 EXDI 80 SCALE 4 LINIT 1000 PRBRAD 1.4 ISTRNG 0 RADIOPT 0 NPOPT 1 SURFTEN 0.0072 SURFOFF 0.00 @MM DIELC 1.0 @MS PROBE 0.0 @NM DIELC 4 MAXCYC 1000000 DRMS 0.0001 @PROGRAMS SANDER /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/sander NMODE /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/nmode AMBPDB /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/ambpdb MOLSURF /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin/molsurf AMBERHOME /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/ MMPBSA ile bağlanma enerjisi hesaplaması cd mmpbsa mm_pbsa.pl mmpbsa.in >& \ mmpbsa.out & mmpbsa.in 

  34. #!/bin/sh #PBS -q trgridd@ce.ulakbim.gov.tr #PBS -N swineflu #PBS -l nodes=1:ppn=1 #PBS -V CALISMA_DIZINI="/home_palamut1/cenk/tubitak/mmpbsa" cd $CALISMA_DIZINI AMBERBIN="/home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/amber10/bin" if [ "x$PBS_NODEFILE" != "x" ] ; then echo "PBS Nodefile: $PBS_NODEFILE" HOST_NODEFILE=$PBS_NODEFILE fi if [ "x$LSB_HOSTS" != "x" ] ; then echo "LSF Hosts: $LSB_HOSTS" HOST_NODEFILE=`pwd`/lsf_nodefile.$$ for host in ${LSB_HOSTS} do echo $host >> ${HOST_NODEFILE} done fi if [ "x$HOST_NODEFILE" = "x" ]; then echo "No hosts file defined. Exiting..." exit fi CPU_NEEDED=`cat $HOST_NODEFILE | wc -l` echo "Node count: $CPU_NEEDED" echo "Nodes in $HOST_NODEFILE: " cat $HOST_NODEFILE CPU_NEEDED=`cat $HOST_NODEFILE | wc -l` echo "Checking ssh for each node:" NODES=`cat $HOST_NODEFILE` for host in ${NODES} do echo "Checking $host..." ssh $host hostname Done DO_PARALLEL="mpirun -np $CPU_NEEDED ";export DO_PARALLEL /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/library/lam-7.1.4-intel9.1/bin/lamboot $HOST_NODEFILE $AMBERBIN/mm_pbsa.pl $CALISMA_DIZINI/mmpbsa.in > $ /home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/library/lam-7.1.4-intel9.1/bin/lamhalt run.sh qsub run.sh

  35. MM-PBSA output (anti-influenza_statistics.out) enerji terimleri *** Abbreviations for mm_pbsa output *** ELE - non-bonded electrostatic energy + 1,4-electrostatic energy VDW - non-bonded van der Waals energy + 1,4-van der Waals energy INT - bond, angle, dihedral energies GAS = ELE + VDW + INT PBSUR - hydrophobic contrib. to solv. free energy for PB calculations PBCAL - reaction field energy calculated by PB PBSOL =PBSUR + PBCAL PBELE = PBCAL + ELE PBTOT= H = PBSOL + GAS TSTRA - translational entropy (as calculated by nmode) times temperature TSROT - rotational entropy (as calculated by nmode) times temperature TSVIB - vibrational entropy (as calculated by nmode) times temperature T.S = TSTRA + TSROT + TSVIB Δ G = Δ H – T . ΔS

  36. GAMESS QUANTUM MECHANICS http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/GAMESS.html Kütüphaneler: module load tr-01-ulakbim/application/gamess/intel-parallel module load tr-01-ulakbim/application/amber10/intel GAMESS çalıştırılması için kullanıcıların $HOME/scr klasörü olması gerekir. mkdir ~/scr GAMESS işi yürütülmesi 1) Kefal1 ‘de : rungms input 01 1 > input.log & 2) PBS işi ile node’larda rungms input 01 #cpu > input.log & (#cpu: kor sayısı)

  37. Konu : Cis-dihydroxycyclopropane ve trans-dihydroxycyclopropane moleküllerinin kararlılıklarının potansiyel energilerine göre karşılaştırılması GAMESS Quantum hesaplama yöntemi: DFT B3LYP/6-31 G*(d,p)

  38. DSV ile molekülllerin PDB veya MOL2 koordinatları http://www.accelrys.com • dsv& çalıştırınız. • -Aşağıdaki moleküüleri ayrı ayrı DSV (Digital Studio Visualizer) de çiziniz ve minime ediniz • molekülleri sırası ile cis.pdb ve trans.pdb olarak PDB formatında kaydediniz. • DSV yi kapatınız. trans-dihydroxycyclopropane trans.pdb cis-dihydroxycyclopropane cis.pdb

  39. 2. GABEDIT ile GAMESS input dosyaları http://gabedit.sourceforge.net gabedit & çalıştırınız Geometry > Draw Mouse sağ tıklayınız > Read > PDB file > cis.pdb Mouse sağ tıklayınız > Molecular Mechanics > Optimization > OK > OK File > New > Gamess Input Charge : 0 Spin Multiplicity (2 S + 1) : 1 [S = ortaklanmamış electron sayısı] Run Type : Equilibrium Geometry SCF Type : RHF (Restricted Hartree-Fock) Max # SCF iterations : 200 Correlation Type: Density Functional Theory Correlation Method : B3LYP Basis Set : 6-31 G OK tıklayınız File > Save as > cis.inp [ cis = değişken dosya ismi; .inp = GAMESS için gerekli]

  40. trans.inp cis.inp ! ====================================== ! This file was generated by Gabedit ! ====================================== $SYSTEM MWORDS=20 $END $CONTRL RUNTYP=Optimize $END $STATPT OptTol=1e-5 NStep=500 $END $CONTRL SCFTYP=RHF $END $DFT DFTTYP=B3LYP $END $CONTRL ICHARG=0 MULT=1 $END $BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6 $END $DATA Molecule specification C1 C 6.000000 0.082154 -0.153600 0.804601 C 6.000000 0.109606 0.399820 -0.589305 C 6.000000 -0.120817 -1.065863 -0.368677 H 1.000000 1.400008 -0.254006 1.513953 O 8.000000 -1.130839 0.161187 1.628952 H 1.000000 -1.078787 1.210549 -1.014087 O 8.000000 1.452060 0.795358 -1.129088 H 1.000000 -1.515701 -1.568592 -0.595749 H 1.000000 1.015147 -1.983782 -0.710746 H 1.000000 2.133648 1.903998 -0.383196 H 1.000000 -2.346479 0.554931 0.843341 $END ! ====================================== ! This file was generated by Gabedit ! ====================================== $SYSTEM MWORDS=20 $END $CONTRL RUNTYP=Optimize $END $STATPT OptTol=1e-5 NStep=500 $END $CONTRL SCFTYP=RHF $END $DFT DFTTYP=B3LYP $END $CONTRL ICHARG=0 MULT=1 $END $BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6 $END $DATA Molecule specification C1 C 6.000000 -0.423354 -0.050981 0.792204 C 6.000000 -0.339315 0.443105 -0.621592 C 6.000000 -0.492549 -1.023671 -0.347570 O 8.000000 0.849103 -0.035561 1.586316 H 1.000000 -1.704679 0.219530 1.523662 H 1.000000 -1.545331 1.156383 -1.157092 O 8.000000 1.008451 0.901297 -1.094439 H 1.000000 -1.835882 -1.624829 -0.637510 H 1.000000 0.717900 -1.879915 -0.574855 H 1.000000 2.106712 -0.052333 0.768919 H 1.000000 1.658944 1.946976 -0.238042 $END

  41. TR-GRID de GAMESS işi çalıştırılması Uyarı : $HOME/scr dosyasında cis* veya trans* dosya(ları) var ise siliniz qsub run.sh cis için örnek run.sh dosyası (chmod 755 run.sh) #!/bin/sh #PBS -q trgridd@ce.ulakbim.gov.tr #PBS -N games_ornek #PBS -l nodes=1:ppn=4 #PBS -V export CALISMA_DIZINI="/home_palamut1/cenk/klasor" export GAMESSHOME="/home_palamut1/software/tr-01-ulakbim/application/gamess_mvapich/" cd $CALISMA_DIZINI . /usr/share/Modules/init/sh module load tr-01-ulakbim/compiler/intel11.0/fortran/intel64 module load tr-01-ulakbim/compiler/intel11.0/cpp/intel64 module load tr-01-ulakbim/library/intel10.1/mkl/em64t module load tr-01-ulakbim/library/mvapich-1.1.0/gcc if [ "x$PBS_NODEFILE" != "x" ] ; then echo "PBS Nodefile: $PBS_NODEFILE" HOST_NODEFILE=$PBS_NODEFILE fi if [ "x$LSB_HOSTS" != "x" ] ; then echo "LSF Hosts: $LSB_HOSTS" HOST_NODEFILE=`pwd`/lsf_nodefile.$$ for host in ${LSB_HOSTS} do echo $host >> ${HOST_NODEFILE} done fi if [ "x$HOST_NODEFILE" = "x" ]; then echo "No hosts file defined. Exiting..." exit fi CPU_NEEDED=`cat $HOST_NODEFILE | wc -l` cat $HOST_NODEFILE > nodes $GAMESSHOME/rungms $CALISMA_DIZINI/in.inp 01 $CPU_NEEDED > $CALISMA_DIZINI/cis.log 2>err

  42. GAMESS OUTPUT dosyaları cis.log ve trans.log cis.log trans.log .. cis.log dosyası sonlarında belirtilen .. en son energy değerleri .. ----------------- ENERGY COMPONENTS ----------------- WAVEFUNCTION NORMALIZATION = 1.0000000000 ONE ELECTRON ENERGY = -728.2277025497 TWO ELECTRON ENERGY = 276.8646580735 NUCLEAR REPULSION ENERGY = 183.2858856106 ------------------ TOTAL ENERGY = -268.0771588656 ELECTRON-ELECTRON POTENTIAL ENERGY = 276.8646580735 NUCLEUS-ELECTRON POTENTIAL ENERGY = -995.0278574236 NUCLEUS-NUCLEUS POTENTIAL ENERGY = 183.2858856106 ------------------ TOTAL POTENTIAL ENERGY = -534.8773137395 TOTAL KINETIC ENERGY = 266.8001548739 VIRIAL RATIO (V/T) = 2.0047863690 --------------------------------------- MULLIKEN AND LOWDIN POPULATION ANALYSES --------------------------------------- .. .. .. trans.log dosyası sonlarında belirtilen .. en son energy değerleri .. ----------------- ENERGY COMPONENTS ----------------- WAVEFUNCTION NORMALIZATION = 1.0000000000 ONE ELECTRON ENERGY = -720.7756212000 TWO ELECTRON ENERGY = 273.2179310733 NUCLEAR REPULSION ENERGY = 179.4800765084 ------------------ TOTAL ENERGY = -268.0776136183 ELECTRON-ELECTRON POTENTIAL ENERGY = 273.2179310733 NUCLEUS-ELECTRON POTENTIAL ENERGY = -987.5905477787 NUCLEUS-NUCLEUS POTENTIAL ENERGY = 179.4800765084 ------------------ TOTAL POTENTIAL ENERGY = -534.8925401969 TOTAL KINETIC ENERGY = 266.8149265786 VIRIAL RATIO (V/T) = 2.0047324453 --------------------------------------- MULLIKEN AND LOWDIN POPULATION ANALYSES --------------------------------------- .. ..

  43. GAMESS potansiyel enerji (E) karşılaştırması ∆ E = Etrans – Ecis 1 Hartree = 627.50944796 kcal/mol Etrans= -534.8925401969 Hartree Ecis = -534.8773137395 Hartree ∆ E = - 0.0152264574 Hartree = - 9.55474588 kcal/mol > trans izomer - 9.55474588 kcal/mol daha kararlı

  44. Bağlanma afinitesi karşılaştırılması host-metal complexleri Örnek; host-M1 ve host-M2 ∆ E = E host-M1 – E host-M2 (E = potansiyel enerji)

More Related