slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com PowerPoint Presentation
Download Presentation
Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 44

Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com - PowerPoint PPT Presentation


  • 119 Views
  • Uploaded on

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

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Dr. Cenk Andaç Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Farmakoloji Bölümü cenk_andac@yahoo.com' - raoul


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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

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

slide2

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

slide4

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

slide5

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.
slide6

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

slide7

$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

slide8

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

slide9

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.

slide12

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

slide13

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

slide14

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

slide15

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

slide16

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

slide17

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.

slide18

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
slide19

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)
slide20

Chimera

Sirius

slide21

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

slide22

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

/

slide23

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

slide24

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

slide25

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

slide26

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

slide27

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

slide29

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.

slide30

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.

slide31

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 ]

slide32

@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

---------------------------------

slide33

@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 

slide34

#!/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

slide35

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

slide36

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)

slide37

Konu :

Cis-dihydroxycyclopropane ve trans-dihydroxycyclopropane moleküllerinin kararlılıklarının potansiyel energilerine göre karşılaştırılması

GAMESS Quantum hesaplama yöntemi:

DFT B3LYP/6-31 G*(d,p)

slide38

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

slide39

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]

slide40

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

slide41

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

slide42

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

---------------------------------------

..

..

slide43

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

slide44

Bağlanma afinitesi karşılaştırılması

host-metal complexleri

Örnek; host-M1 ve host-M2

∆ E = E host-M1 – E host-M2 (E = potansiyel enerji)