Details

Работа посвящена разработке метода для поиска и анализа водных мостиков в траекториях молекулярной динамики биомолекулярных систем. Водный мостик определяется как цепочка водородных связей, соединяющая два атома белка через одну или несколько молекул воды-посредников. Разработан модуль, реализованный на C++ и интегрированный в пакет GROMACS как самостоятельный инструмент анализа траекторий. В основу методики положено представление водородных связей в виде графа, поиск мостиков в котором осуществляется алгоритмом поиска в ширину. В качестве критерия водородной связи применяется геометрический стандарт Luzar–Chandler. Модуль формирует восемь выходных файлов, описывающих найденные мостики и обеспечивающих их визуализацию в PyMOL и статистическую постобработку средствами Python. Работоспособность модуля продемонстрирована на траектории белка длиной 10 нс. Достоверность результатов подтверждена сравнением долгоживущих водных мостиков с кристаллической структурой: совпадение долгоживущего мостика с кристаллической молекулой воды, обладающей низким B-фактором, свидетельствует о корректности работы метода.

The work is devoted to the development of method for detection and analysis of water bridges in molecular dynamics trajectories of biomolecular systems. A water bridge is defined as a chain of hydrogen bonds connecting two protein atoms through one or more mediating water molecules. The module was developed in C++ and integrated into the GROMACS package as a standalone trajectory analysis tool. The methodology is based on representing hydrogen bonds as a graph, in which bridge detection is performed using a breadth-first search algorithm. The Luzar–Chandler geometric criterion is applied for hydrogen bond detection. The module produces eight output files describing the detected bridges and enabling their visualization in PyMOL and statistical post-processing in Python. The module was validated on trajectory of protein witch includes 10 ns. The reliability of the results was confirmed by comparison with the crystal structure: the correspondence between a long-lived MD bridge and a crystal water molecule with a low B-factor demonstrates the correctness of the module.

• ВВЕДЕНИЕ
  • 1.1. Молекулярная динамика
  • 1.2. Траектория молекулярной динамики
  • 1.3. Система координат и времени
  • 1.4. Природа водородной связи
  • 1.5. Геометрические критерии водородной связи
  • 1.6. Водные мостики
  • 1.7. Гидратационная оболочка
  • 1.8. Граф как структура данных
  • 1.9. Поиск в ширину (BFS)
  • 1.10. GROMACS
  • 2.1. Исходные данные
  • 2.2. Идея методики
    • 2.2.1. Представление сети водных мостиков как графа
    • 2.2.2. Геометрические критерии водородной связи
    • 2.2.3. Ограничения поиска
    • 2.2.4. Идентификация мостика во времени
    • 2.2.5. Постобработка
  • 2.3. Реализация методики
    • 2.3.1. Инструменты реализации
  • 2.3.2. Параметры запуска
    • 2.3.3. Визуализация в PyMOL
  • 3.1. Текстовые результаты метода
  • 3.2. Графические данные
  • 3.3. Полная сеть водных мостиков
  • 3.4. Долгоживущие мостики
  • 3.5. Проверка по кристаллической структуре
  • 3.6. Метод сравнения по остаткам и цепочке воды
  • 3.7. Результаты валидации