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3.

Simulação de Dinâmica Molecular

3.1. Preparação do diretório

  • No IGNIS, a simulação foi feita usando o Ubuntu

  • Essa simulação é de um complexo proteína-ligante, ou seja, testa a estabilidade do ligante ao se conectar com a proteína

  • Aviso: a simulação, dependendo do tamanho do sistema ou da duração, demora consideravelmente e possui arquivos grandes

  • Esse tutorial é baseado no protocolo de Justin Lemkul (http://www.mdtutorials.com/gmx/complex/index.html)

    • O meu objetivo é solucionar alguns dos erros comuns que ocorrem durante a preparação da simulação​

  • Preparando o diretório:​​​

    • Entre no site do laboratório MacKerell​ e faça o download de "charmm36-jul2022.ff", adicionando-o ao seu diretório

    • Abra o diretório no Ubuntu com os comandos "cd"

    • Você precisará de outros arquivos (do tipo .mdp e outros) do tutorial de Justin Lemkul. 

      • Você pode acompanhar os dois tutoriais paralelamente​

      • Ou clique nos hiperlinks desse tutorial para acessar os arquivos de Lemkul necessários

    • Também adicione ao diretório:​​​

      • A proteína em .pdb (transforme de .pdbqt para .pdb no AutoDock 4)​

      • O ligante em .pdb (mesma conversão)

3.2. Topologia da proteína

  • Faça o download do GROMACS

  • No terminal, digite o comando:

    • ​gmx pdb2gmx -f [nome do arquivo da proteína].pdb -o [nome proteína]_processed.gro -ter

      • Em caso de erro, coloque um espaço e digite a terminação -ignh​

    • O programa vai te pedir algumas opções:​​​

      • Digite 1 para CHARMM all-atom force field​

      • Digite 1 para CHARMM-modified TIP3P water model

      • Digite 1 para NH3+

      • Digite 1 para COO-

  • Topologia da proteína: concluída!​​

3.3. Topologia do ligante

  • Ir para o software Avogrado e abrir o ligante

    • Clicar em Build, e depois em Add hydrogens​

    • Clicar em File, e depois em Save as e salvar como ligand.mol2

  • Abrir o arquivo .mol2 no editor de texto​

    • Na segunda linha, trocar ***** por AA1 (ou qualquer outro nome desse tipo da sua preferência)​

    • Trocar UNL1 por AA1 para cada átomo

  • Salvar o arquivo sort_mol2_bonds.pl para o diretório​

    • Digite o comando: perl sort_mol2_bonds.pl [nome do arquivo do ligante].mol2 [nome ligante]_fix.mol2​

  • Abrir o CGenFF e criar uma conta​​​

    • Fazer o upload do arquivo [nome ligante]_fix.mol2​

    • Atenção: penalidade maiores que 50 mostram que o ligante precisa ser otimizado

      • Aqui, eu sugiro um ligante com penalidade menor​

      • Caso não consiga, tente usar softwares como o ORCA para recalibrar o ligante

    • Faça o download dos resultados​

  • Adicione ao diretório os arquivos cgenff_charmm2gmx.py e requirements.txt

    • Crie um ambiente virtual no Ubuntu:​

      • python3.12 -m venv ˜/my env

      • source ˜/myenv/bin/activate

      • pip install -r requirements.txt

      • pyhon cgenff_charmm2gmx.py AA1 [nome ligante]_fix.mol2 aa1_fix.str charmm36_ljpme_jul2022.ff

        • O script pode facilmente dar erro aqui​

        • Se o seu erro for sobre a seção ANGLES:

          • O exemplo usado por Lemkul não tem essa seção​

          • Você pode tentar usar o script antigo (legacy)

            • Entretanto, saiba que você vai precisar do Pyhton 3.7 para rodar o programa​

          • Ou, você pode tentar criar um novo script do programa atual com a seção de ANGLES do antigo​​​

      • deactivate​​​​​​

3.4. Complexo proteína-ligante

  • Digite o comando: gmx editconf -f aa1_ini.pdb -o aa1.gro

  • Duplique o arquivo [nome proteína]_processed e renomeie para complex.gro

  • No arquivo complex.gro, em um editor de texto

    • Colar as coordenadas do ligante antes das finais sem espaços​

    • Atualizar a quantidade de átomos (proteína + ligante)

3.5. Construir topologia

  • Abrir o arquivo topol.top em um editor de texto

    • Digite, entre position restraint e water topology:​

      • ;Include ligand topology​

      • #include "aa1.itp"

    • No topo, digite, entre forcefield e molecule type:​​​

      • ;Include ligand ​parameters

      • #include "aa1.prm"

    • No final, na seção de [molecules], adicione o ligante:​

      • AA1     1​

3.6. Solvação

  • Digite os comandos:

    • gmx editconf -f complex.gro -o newbox/gro -bt dodecahedron -d 1.0​

    • gmx solvate -cp newbox.gro -cs spc216.gro -p topol.top -o solv.gro

3.7. Íons

  • Adicione ions.mdp ao diretório

  • Digite os comandos:

    • gmx.grompp -f ions.mdp -c solv.gro -p topol.top -o ions.tpr​

    • gmx genion -s ions.tpr -o solv_ions.gro -p topol.top -pname NA -nname CL -neutral

      • Escolha a opção SOL​

3.8. Minimizar energia

  • Adicione em.mdp ao diretório

  • Digite os comandos:

    • gmx grompp -f em.mdp -c solv_ions.gro -p topol.top -o em.tpr​

    • gmx mdrun -v -deffnm em

3.9. Equilibrar

  • Restrição do ligante:

    • gmx make_ndx -f aa1.gro -o index_aa1.ndx​

      • Digite: 0 & ! H*​

      • Digite: q

    • gmx genrestr -f aa1.gro -n index_aa1.ndx -o posre_cc1.itp -fc 1000 1000 1000​​​

      • Digite: 3​

  • Topologia:​​

    • Abra o topol.top em um editor de texto​

    • Digite, entre ligand e water topology:

      • ; Ligand position restraints​

      • #ifdefPOSRES

      • #include "posre_aa1.itp"

      • #endif

  • Termologia​​​

    • gmx make_ndx -f em.gro -o index.ndx​

      • Escolha proteína e ligante ao digitar: 1| 13​

      • Digite: q

  • Adicione os arquivos nvt.mdp e npt.mdp ao diretório​​

  • Adicione o arquivo md.mdp ao diretório

    • Nesse arquivo, você consegue ajustar a duração da simulação​

  • Prossiga para o tutorial em máquina virtual​

    • Caso queira rodar no seu computador (cada 10 ns de simulação pode durar 5 dias), siga os comandos do outro tutorial localmente​

Tutoriais dos protocolos usados no Projeto IGNIS (Integration of gut-neuro illness solutions), de Gabriela Goes da Cunha

Em caso de dúvida, entre em contato pelo e-mail ggoesdacunha@gmail.com

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