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Mini tutorial pra Rodar a Dinâmica Molecular no VegaZZ

1) Criar um arquivo de um dipeptídio de Alanina (Ala2) no DS

Observe as características físicas, químicas e estruturais dos diferentes aminoácidos (carga elétrica, volume dos diferentes aminoácidos, capacidade de ser doador/aceitador de ligação de hidrogênio, hidrofobicidade, etc).  Todos os aminoácidos tem em comum a estrutura do backbone, se diferenciando pela cadeia lateral.

2) Salvar o arquivo criado como pdb (Ala2.pdb) e o coloque em um diretório específico (por exemplo: Modelagem)

Abra o arquivo pdb com um editor de texto (notepad++, notepad, wordpad, word) e procure entender as informações contidas nele.

3) Abrir o arquivo Ala2.pdb com o VegaZZ

Os arquivos do NAMD na versão 32bit já devem estar dentro do dir NAMD no diretório do VegaZZ

O dímero de alanina deve aparecer na tela do VegaZZ,

4) Associar aos tipos atômicos e as cargas parciais

Calculate > Charge & Pot.

Selecione FF: CHARMM

                Charges CHARMM22_CHAR

5) Criar o arquivo de topologia (arquivo que associa as coordenadas com os parâmetros do banco de dados) do campo de força (Force Field - FF). Este arquivo é chamado de psf (protein structure file) mas também pode ser chamado de arquivo de topologia.

File > Save as > X-Plor (PSF) (Ala2.psf)

6) Abrir o arquivo Ala2.psf em um editor de texto

Verificar se as identificações dos átomos, as ligações, os tipos atômicos estão no arquivo

23 !NATOM

22 !NBOND: bonds

39 !NTHETA: angles

49 !NPHI: dihedrals

9 !NIMPHI: impropers

7) Copiar o arquivo do banco de dados (Force Field –FF) parm.prm para o diretório de estudo

8) Fazer uma cópia de backup destes três arquivos em um diretório chamado OLD/backup/guardar, etc

Realizar uma minimização estrutural no dímero de alanina

1) Calculate > NAMD

2) Run mode – Prepare the input files only

3) Na Guia Basic

Calculate Type -> Conjugate gradient minimization

Selecionar 3000 passos

4) Guia input:

Selecione: ForceField (CHARMM)

Coordinate PDB file: Ala2.pdb

PSF file: Ala2.psf

Parameter file: parm.prm

5) Run (grava o arquivo de input)

Abrir o arquivo Ala2.namd e verifique se as informações foram gravadas.

Run mode:

6) Selecione -> Run NAMD in interactive mode

Run

 Observe a estrutura sendo relaxada.

7) Analise o resultado: Calculate -> Analysis; Abra o arquivo de trajetória (dcd)

Se não conseguir rodar, tente com os arquivos que funcionaram no meu computador:

https://drive.google.com/file/d/0B1Ze8M0XruPgdWp3djc4Y0ZnTXM/view?usp=sharing

Se mesmo assim nada funcionar tente reinstalar o VegaZZe baixe novamente o NAMD na versão 32bit.

Programas de dinâmica molecular

Instalação dos programas VegaZZ (interface gráfica) e NAMD (programa para rodar a dinâmica molecular)


O NAMD (Nanoscale Molecular Dynamics) é um programa para rodar a dinâmica molecular, ou seja estudar o movimento das estruturas a temperatura ambiente.
Através da dinâmica molecular podemos investigar desde a ação de medicamentos em biomoléculas até propriedades estruturais e termodinâmicas de materiais avançados. Ou seja, a 'brincadeira' começa aqui!!
O VegaZZ é uma interface gráfica para a visualização molecular assim como o DS.


Pergunta: Mas então por que instalar uma outra interface gráfica se já tenho o DS?
Resposta: O DS é um dos programas mais práticos pra visualizar e construir estruturas moleculares e cristalinas. Mas com ele você não consegue rodar a dinâmica molecular (na versão free). O VegaZZ tem uma interface prática pra dinâmica mas sem recursos de edição molecular....

Baixar o programa VegaZZ:  precisa se cadastrar no site, etc
http://nova.disfarm.unimi.it/cms/index.php?Software_projects:VEGA_ZZ

Baixar o programa NAMD: precisa se cadastrar no site, etc
http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/
ou
http://www.ks.uiuc.edu/Development/Download/download.cgi?PackageName=NAMD

Observe que o NAMD não precisa ser instalado. Apenas descompacte o arquivo e coloque no diretório C:\Program Files(x86)\VEGAZZ\NAMD

Então pros próximos encontros fica combinado que vocês vão baixar e instalar os programas. :-)

O que pode dar um pouco mais de trabalho é colocar os dois pra funcionar juntos. Pra quem tem mais prática em instalação de programas já pode ir adiantando e ensinando os demais. Se não, vamos fazer isso nos encontros.

Após a instalação vamos rodar o tutorial pra aprender sobre dinâmica molecular.

Rodar o tutorial
http://www.ks.uiuc.edu/Training/Tutorials/namd-index.html
ou
http://www.ks.uiuc.edu/Training/TutorialsOverview/namd/namd-tutorial-win.pdf
ou
http://www.ks.uiuc.edu/Training/Tutorials/namd/namd-tutorial-win-html/index.html

2° encontro - atividade 1 - Criar um nanotubo a partir de uma folha de grafeno

Façam download das seguintes estruturas para a 3a aula de modelagem molecular:

https://drive.google.com/folderview?id=0B1Ze8M0XruPgflJtRUNxNDJuVE43QjNXc1pwODJIQXJLYnJLQW1FcUtPb1NtNlo5Wl9ITUk&usp=sharing

Obs.: se algum arquivo não for reconhecido pelo seu computador faça o seguinte: 
Clique no arquivo com o botão direito.  Selecione "Abrir com". Clique em "Mais opções". Selecione o programa Discovery Studio.
Outra opção é abrir o DS e em "open" abrir o arquivo .xyz.

• Observe as diferenças entre os nanotubos quirais (n,m), armchair (n,n) e zigzag (n,0) do arquivo "Tipos_nanotubo.dsv"
• Meça o raio e o comprimento dos diferentes nanotubos
• Você consegue através de uma folha de grafeno (arquivo "Grafeno_armchair.xyz") construir um nanotubo?
• Abra os demais arquivos de nanotubo, utilize a função "clean geometry" do DS e verifique o que acontece. Como você explica o que aconteceu? 

Utilize também os arquivos com os fulerenos (arquivos com terminação cif) e tente criar uma nano cápsula:

Vejam por exemplo no seguinte link:
http://www.cem.msu.edu/~cem181fp/nanotube/iefuture.html

2o Encontro - Atividade 2 - Criar um cristal com o DS e um nanodispositivo

Vamos construir um nanodispositivo constituído de uma única molécula. Este estudo teórico/experimental foi publicado na revista Nature em maio de 2015 (http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n6/index.html "Single-molecule diodes with high rectification ratios through environmental control") e enviado pelo aluno Emilio Jr. do nosso grupo.

| DOI: 10.1038/NNANO.2015.97

| DOI: 10.1038/NNANO.2015.97

Utilizem o recurso Structure > Crystal cell para construir o anodo e o catodo de ouro (segundo as informações cristalográficas https://www.webelements.com/gold/crystal_structure_pdb.html)

O Resultado deve ser algo do tipo:

Retorno do grupo de estudo - Setembro

Caros,

Reiniciaremos o grupo de estudo em setembro. Vamos verificar a disponibilidade dos interessados, fazer um nivelamento com os novos alunos e com aqueles que não puderam participar no semestre passado.

Estou preparando um site com mais informações sobre a modelagem:
http://modelagemmolecular.wix.com/marcos

Abraços,
Marcos

Iniciação Científica - Ensino Médio

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