Parametrización de Sustrato

Parametrización de un nuevo sustrato

Esta guía se realizo con el propósito de presentar el procedimiento que se requiere para llevar a cabo la parametrización de compuestos que no se encuentra parametrizados en el campo de fuerza de Charmm que fue el seleccionado para trabajar en este proyecto. Se utilizo la versión 4.6.3 de gromacs y el servidor swissparam para generar la topología de las moléculas nuevas. A continuación se presenta el procedimiento en una serie de puntos.

Guía 1

1. En primer lugar, usando esta metodología se requiere una estructura que se encuentra parametrizada dentro del campo de fuerza de Charmm, la estructura debe estar en formato pdb.

Si la molécula esta cristalizada se deben retirar los residuos de “HOH”, enseguida usamos el siguiente comando pdb2gmx − f 1AKI.pdb − water spce − o lyso.pdb

pdb2gmx.- Este programa lee un archivo .pdb o .gro, después lee archivos de base de datos, agrega hidrógenos a la molécula y genera coordenadas en gromacs, opcionalmente en .pdb y una topología en formato gromacs. Estos archivos pueden ser usados posteriormente para generar un archivo de entrada de una dinámica.

-f= indica que se tiene que procesar un input, en este caso el .pdb.
-o= nos indica que va a generar un archivo de salida en este caso en .pdb, aunque también lo puede generar en .gro. -water= Nos indica el tipo de modelo de solvente que se va a utilizar, en este caso fue el modelo spce.

2. Posteriormente se tiene que conseguir la estructura en formato .pdb de la molécula que se quiere parametrizar, en este caso se utilizo la estructura que se consigue utilizando la aplicación web del programa MATCH, la cual genera una estructura compatible con el formato charmm. Esta estructura se pega en la que genero el programa pdb2gmx en este caso llamada lyso.pdb y se visualiza con vmd para revisar si la nueva estructura aparece.

3. Una vez que se tienen las dos estructuras en un solo archivo, se requiere la topolog ́ıa de la estructura que se desea parametrizar, esta topología es un archivo .itp que se consigue del servidor de swissparam, una vez que tenemos este archivo tenemos que generar otro archivo en el que solo se encuentren las “positions restrains”.

4. Una vez que tenemos los dos archivos modificamos el archivo topol.top, en este archivo en la parte de arriba en la sección de include forcefield parameters, agregamos el archivo PRA.itp, y en la sección de abajo antes de include water topology, incluimos el archivos PRA2.itp que solo contiene las positions restrains. Finalmente en el sección molecules agre- gamos el nombre PRA.

5. En este paso definimos la caja, la cual va a ser llenada con solvente. Se utiliza el siguiente comando:
   editconf − f lyso.pdb − o boxed.pdb − c − d 1,0 − bt cubic
-c= Esta opción centra la prote ́ına en la caja y la coloca al menos 1.0 nm del borde de la caja(-d 1.0)
   -bt cubic= El tipo de caja se define como cubica.

6. Ahora llenamos la caja con solvente usando el siguiente comando:
   genbox − cp boxed.pdb − cs spc216.gro − o lyso s ol.pdb − p topol.top
   -cp= Nos dice que se utiliza la configuración de la prote ́ına que esta contenida en el archivo boxed.pdb. -cs= La configuración del solvente es spc216 la cual es un modelo genérico equilibrado de tres puntos de solvente.

7. El siguiente paso consiste en agregar iones al sistema, debido a que la prote ́ına tiene carga. En este caso la lysosima tiene una carga neta de +8e, pero el sustrato PRA tiene una carga de -4, por el momento yo supongo que me queda una carga neta de +4 por lo que debo agregar cuatro iones con carga negativa para estabilizar la carga del sistema. Para agregar los iones se tiene que generar una archivo con extensión .tpr(Se debe tener cuidado que en el archivo topol.top coincidan la molécula de que se tiene en la sección donde se nombran en la sección de moléculas y el archivo .itp y se utiliza el siguiente comando:
   grompp − f ions.mdp − c lyso s ol.pdb − p topol.top − o ions.tpr − maxwarn 32 -maxwarn= Es un comando que funciona para permitir un número de advertencias posibles durante el procesamiento de un input. No se utiliza formalmente y puede generar sistemas inestables.

8. Una vez que tenemos el archivo .tpr podemos agregar los iones al sistema se utiliza el siguiente comando:
   genion − s ions.tpr − o lyso s olv i ons.pdb − p topol.top − pname N A − nname CL − nn 4
-s= Nos indica que utiliza el archivo .tpr como input -p= Procesa la topolog ́ıa (-p) para reflejar la remoción de moléculas de agua y adición de iones.
   -pname y -nname= Define los nombres de los iones tanto positivos como negativos.

9. Ahora ya tenemos un sistema solvatado con carga neutral, antes de iniciar la dinámica de- bemos asegurarnos que el sistema no tiene conflictos estericos o una geometr ́ıa inapropiada. La estructura se relaja a través de un proceso de minimización de energ ́ıa. Tenemos que generar un archivo .tpr utilizando el siguiente comando:
   grompp − f minim.mdp − c 1AKI s olv i ons.gro − p topol.top − o em.tpr y se corre con el comando:
   mdrun − v − def f nm em.tpr
-v= Este comando sirve para ver que pasa en cada paso del cálculo.

10. La minimización de la energía asegura que tenemos un estructura inicial razonable, en términos de la orientación de la geometría y solvente. Para llevar a cabo una dinámica real debemos equilibrar el solvente y los iones alrededor de la proteína. La dinámica no se puede llevar a cabo en este momento ya que el sistema puede colapsar, esto se debe a que el solvente esta optimizado con el mismo y no necesariamente con el soluto. El proceso de equilibrar el sistema se lleva a cabo en dos fases. La primera se conduce bajo un ensamble nvt(donde son constantes el número de partículas, volumen y temperatura).