در اینجا قصد داریم تا با شبیه سازی جعبه ای حاوی مولکولهای آب با استفاده از پکیج نمد به آموزش کاربردی این پکیج به زبان ساده بپردازیم. به منظور اجرای پکیج نمد به چند فایل ورودی نیاز است که در ادامه هر یک از آنها توضیح داده می شود. روال مرسوم (و نه همیشگی) یک شبیه سازی دینامیک مولکولی با پکیج نمد به این صورت است که ابتدا فایل مختصات تک مولکول ساخته شده و با فرمت pdb که برای نمد قابل قبول است ذخیره می شود. در ادامه با محاسبه ی ابعاد جعبه ی شبیه سازی، این تک مولکول در جهات مختلف تکثیر شده و جعبه ی شبیه سازی ایجاد می شود. این جعبه حاوی تعداد مولکول های مورد نظر از هر نوعی است که میخواهیم در شبیه سازی ما بررسی شوند. موقعیت و سرعت اولیه به اتم های درون جعبه می تواند اختصاص داده شود. در ادامه کاربر با انتخاب میدان نیروی مورد نظر بایستی به تهیه ی فایل توپولوژی rtf و یا پارامتری par (اطلاعات مولکولی) متناسب تک مولکول اقدام نماید.
سایت های بسیاری وجود دارند که با بارگذاری فایل pdb یا mol2 برای یک مولکول، اطلاعات مولکولی آنرا فراهم می کنند. با استفاده از نرم افزار VMD می توان با بارگذاری فایل rtf و یا par، فایل ساختاری PSF را درست کرد. البته روش های دیگری هم برای تهیه فایل psf وجود دارد. آخرین فایل ضروری برای اجرای یک شبیه سازی دینامیک مولکولی با نمد فایل conf است که فایل اجرایی پکیج محسوب می شود.
به منظور تهیه فایل pdb برای تک مولکول مورد نظر می توان از روش های مختلفی استفاده کرد. گاهی فایل مختصات مولکول را می توان از سایت های مرجع در این زمینه دانلود کرد. روش دیگر این است که فایل مختصات ورودی سایر پکیج ها را می توان به فایلی با این فرمت تبدیل کرد(معمولا با استفاده از دستور babel در ترمینال لینوکس و یا نرم افزاری با همین نام در ویندوز از بهترین راه های تبدیل فرمت فایل های متنی محسوب میشود). بعضی مواقع که فایل مختصات موجود نیست می توان با استفاده از نرم افزارهایی مثل Guassian, Avogadro, ChemDraw و … فایل بهینه شده برای مختصات مولکول را تهیه و با فرمت pdb ذخیره نمود.
با داشتن فایل مختصات تک مولکول می توان با روش های مختلفی اقدام به تهیه ی جعبه نمود. لازم به ذکر است که برای تهیه ی جعبه بایستی ابعاد دقیق آنرا بدست آورد. پکمول یکی از قوی ترین ابزارها برای تهیه ی جعبه با شکل های مختلف است. لازم به ذکر است که در سایت آن می توان از امکان محاسبه ی آنلاین ابعاد جعبه نیز بهره گرفت
همانطور که در تصاویر دیده می شود فایل توپولوژی حاوی اطلاعات مهمی شامل نام اتم ها، نوع تعامل مابین اتم ها، جرم اتم ها و مقدار بار الکتریکی است (اطلاعات بیشتر). همچنین این فایل در برگیرنده ی دقیقی از اتم هایی که با هم پیوند و یا زاویه تشکیل داده اند هست. نکته ی مهم در تهیه ی این فایل این است که ترتیب و نام اتم ها در این فایل بایستی تطابق کامل با فایل مختصات (pdb) داشته باشد وگرنه موقع تهیه ی فایل psf در VMD با خطا مواجه خواهید شد. این فایل را می توان از منابع مختلفی تهیه کرد.
SwissPAram وبسایتی است که بر مبنای میدان نیروهای مختلفی این فایل را با بارگذاری فایل مختصاتی با فرمت mol2 فراهم می کند. همچنین می توانید بر اساس داده های میدان نیروی چارم اقدام به تهیه ی این فایل نمایید. گفتنی است در کنار همه ی روش های گفته شده، تمام مراحل شبیه سازی را می توان به سرعت از طریق وبسایت CHARMM-GUI انجام داد. لطفا برای اطلاعات بیشتر به اینجا مزاجعه نمایید.
فایل پارامتری (par) حاوی اطلاعات تعاملی مابین اتم ها است. بیاد داشته باشید که همواره بعد از تهیه ی فایل ساختاری psf در VMD، با فراخوانی فایل های psf و pdb در VMD، از درستی و تطابق آنها اطمینان حاصل کنید.
فایل دستورات (conf) حاوی اطلاعاتی مثل نوع هنگرد، مختصات جعبه، نوع ترموستات، گام زمانی، فرمت فایل خروجی، داده های خروجی و …هست. برای درک جززیات دستور این فایل اجرایی توصیه میشود حتما راجع به مبانی شبیه سازی دینامیک مولکولی آشنایی مقدماتی داشته باشید.
دانلود نرم افزار از اینجا
فایل را در پوشه ای با نام VMD اکسترکت کنید
در پوشه VMD ترمینال را باز کنید
در ترمینال دستور های زیر را به ترتیب وارد کنید:
configure/.
ls
cd src
sudo make install
حال اگر ترمینالی باز کرده و VMD را تاسپ کنید براحتی می توانید از قابلیت های این نرم افزار استفاده کنید.
دانلود نرم افزار از اینجا
فایل را در پوشه ای با نام namd اکسترکت کنید
در پوشه namd ترمینال باز کنید
دستورات زیر را به ترتیب در ترمینال وارد کنید:
sudo apt-get install gcc
++sudo apt-get install g
sudo apt-get install csh
sudo apt-get install tcsh
sudo cp namd2/usr/local/bin/namd2
به منظور اجرای شبیه سازی در محیط لینوکس از دستور زیر می توان استفاده کرد؛
namd2 +n8 run_file.conf | tee output.log
run_file.conf فایل اجرایی نمد است که بعد از نصب نمد می توان آنرا اجرا کرد تا شبیه سازی شروع شود.
nتعداد هسته های مورد استفاده در شبیه سازی است. output.log به همراه فایل هایی به نام dcd, output.restart.coor, output.restart.vel, output.restart.xsc , output.xst خروجی شبیه سازی خواهند بود.
دانلود نرم افزار از اینجا
اکسترکت کردن آن در پوشه ای با نام packmol
در پوشه packmol ترمینال را باز کنید
دستور make را در ترمینال تایپ کنید
برای اجرای پکمول کافی است تا دستور زیر را در ترمینالی وارد کنید. بیاد داشته باشید که این ترمینال را فولدری باز کنید که حاوی فایل اجرایی پکمول و فایل مختصات تک مولکول شما هست.
packmol > file.inp/.