2.2.3.1. Chương trình mô phỏng cấu trúc polypeptide
Quá trình mô phỏng động học cấu trúc một phân tử được tiến hành nhờ vào thuật toán CHARMm cùng với các chương trình con được tích hợp trong module Simulation của Accelrys. Chương trình này áp dụng thuật toán CHARMm cùng với các trường lực (Forcefield) cụ thể của chương trình gồm có: CHARMm, CHARMm polar H, charmm19, charmm22, charmm27, cff, … để tạo nên mô hình chuyển động của một cấu trúc với độ chính xác và tin cậy cao nhằm tìm ra các cấu trúc không gian khác nhau của cùng một phân tử. Từ đó xây dựng cơ sở dữ liệu về một loạt các phân tích về cấu trúc và các đặc tính liên quan đến năng lượng của hệ thống hoặc nghiên cứu ảnh hưởng của các dung môi khác nhau lên cấu trúc của phức hệ protein.
“Standard Dynamics Cascade” là một chương trình con nằm trong gói chương trình “Simulation”. Chương trình này tiến hành một loạt các bước tính toán và tối ưu cấu trúc nguồn nhằm tìm ra cấu trúc tối ưu nhất. Các thông số được thiết lập theo chế độ mặc định, đồng thời có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của công việc. Chương trình “Standard Dynamics Cascade” được tiến hành bao gồm các chương trình con như sau:
Minimization: là bước đầu tiên của quá trình nghiên cứu mô phỏng động học phân tử, đồng thời cũng là quá trình tối ưu hóa mức năng lượng lần thứ nhất. Quá trình này sử dụng thuật toán ban đầu là Steepest Descent (SD) để xử lý các liên kết trong toàn bộ hệ thống mà không làm thay đổi nhiều cấu trúc.
Minimization2: Đây là bước tối ưu hóa mức năng lượng lần thứ 2, sử dụng phương pháp Adopted Basis Newton-Raphson (ABNR). Quá trình này được sử dụng để đảm bảo mức năng lượng nhỏ nhất sẽ được áp dụng cho giai đoạn nghiên cứu động học tiếp theo của qui trình.
Heating: Giai đoạn tiếp theo của quá trình nghiên cứu động học là xử lý hệ thống cấu trúc với một nhiệt độ xác định.
21
Dynamis (Equilibration): Đây là qui trình chuẩn đầu tiên của quá trình mô phỏng động học phân tử để cân bằng toàn bộ hệ thống ở nhiệt độ yêu cầu. Quá trình này sẽ tiến hành phân bố năng lượng được cung cấp cho mọi phân tử trong hệ thống, đảm bảo hệ thống tồn tại ở trạng thái cân bằng động ở nhiệt độ xác định.
Production: Là giai đoạn xử lý các số liệu thống kê bằng thuật toán Leap- frog Verlet. Kết quả của quá trình này là tạo nên các tệp dữ liệu mang thông tin cấu trúc và toạ độ không gian của các cấu hình không gian khác nhau.
2.2.3.2. Các bước chuẩn bị cho qui trình mô phỏng động học
Qui trình mô phỏng động học phân tử protein được tiến hành qua các bước như chuẩn bị tệp cấu trúc mang thông tin cấu trúc của phân tử cần tính toán. Xử lý tệp cấu trúc với trường năng lượng phù hợp, truy xuất vào chương trình Standard Dynamics Cascade trong module Simulation, nhập các thông số dữ liệu của chương trình:
Khởi động phần mềm Discovery Studio
Từ thanh Menu chọn Window chọn Close all chọn No nếu được hỏi có lưu các thay đổi hay không.
Từ File Explorer chọn đường dẫn để mở file dữ liệu có tên: Pose 1.dsv
Loại bỏ các cấu hình thay thế bằng cách truy xuất vào Preferences chọn Protein Utilities chọn Clean Protein and check Alternate Conformations để đảm bảo chỉ giữ lại một cấu trúc duy nhất trong Molecular Window. Chọn OK để đóng cửa sổ Preferences. Sau đó trong khung của công cụ Protein Reports and Utilities tools kích chuột vào Clean.
Trước khi tiến hành, phân tử protein cần phải được xử lý với trường lực (forcefield typing) trong Simulate Structure panel. Trong phần Tools explorer, kích chuột để mở Simulate Structure panel. Trong phần Forcefield chọn CHARMm chọn Apply Forcefield.
Truy nhập chương trình Standard Dynamics Cascade bằng cách kích chuột vào “Simulations” trong Protocols Explorer.
22
Bảng thiết lập thông số “Parameter Explorer” với các thông số về tệp cấu trúc đầu vào, thông số cho quá trình “Minimization 1 và 2”, quá cân bằng động (equilibration) và quá trình hoàn thiện cấu trúc, hằng số áp suất của hệ thống, các thông số về hệ dung môi ảo (Implicite solvent model).
Quy trình mô phỏng chuỗi polypeptide đạt được là do nỗ lực tìm hiểu chức năng của từng Module trong phần mềm cùng với việc thử nghiệm trên nhiều mô hình khác nhau nhằm tìm ra một quy trình tối ưu nhất.