ott_supl.doc 35KB Jun 05 2011 09:30:44 PM

Supplement To:
Parametrization of the GROMOS Force Field for
Oligosaccharides and Assessment of the Efficiency of
Molecular Dynamics Simulations

Karl­Heinz Ott1 and Bernd Meyer2
Complex Carbohydrate Research Center and Departments of Biochemistry and
Chemistry, The University of Georgia, 220 Riverbend Rd., Athens, GA 30602, USA

Present Addresses: 
1) American Cyanamid Co., P.O. Box 400, Princeton, NJ 08543­0400, USA and 
2) Institut für Organische Chemie, M.L. King Platz 6, 20146 Hamburg, Germany

Cluster analysis:  
A   complete,   hierarchical   clustering   algorithm 1,2  was   used   to   group   the
conformations that were represented by sine and cosine values of selected dihedral
angles.  For run w60, a four dimensional conformational space was defined by the
  and    angles   and   by   two   intra­ring   dihedral   angles   (O5­C1­C2­C3)   that   are
characteristic   for   the   ring   conformations.     The   statistical   data   analysis   package
BLSS3 was used to generate the cluster tree for the conformations observed in 300
fs   intervals.     The   resulting   cluster   tree   was   analyzed   statistically   and   an

appropriate cutting level was chosen.   The remaining  conformations, sampled in
100 fs steps, were sorted into the nearest cluster.  Conformations that differed by
more   than   1.5   times   the   standard   deviations   from   the   cluster   definitions   were
rejected.     The   same   procedure   but   with   the  , ,   and   the   both    angles   as
parameters   for   the   clustering   was   used   to   classify   the   results   of   the   other   MD
simulations of this work (data only shown for run w).  
1 J.A. Hartigan, Clustering  Algorithms, Wiley, New York, 1975.
2

B.Everitt, Cluster  Analysis, Halsted, New York, 1980.

3

D.M. Abraham and F. Rizzardy,  The Berkley Interactive Statistical System, 
Norton, NY 1988.

Run w
The data set was split into 6 clusters, each having a correlation coefficient of its
associated conformations of between 0.3 and 0.7 (Tab. SII).  The highest populated
cluster with a population of 32% has a gg conformation in the reducing ring and a

gt conformation in the nonreducing ring with the glycosidic linkage at  ­40o/­40o.
Another highly populated cluster with 22% population has the same conformations
of the hydroxymethyl groups but has  and  at  0o.  The same glycosidic linkage
conformation   with   both   hydroxymethyl   groups   in   a  gg  conformation   is   found   in
another cluster with 11% population.  24% of the conformations form a cluster that
has average    and    angles of    ­30o  which are the angles found in X­ray crystal
studies (F. Takusagawa and G.A. Jacobson,  Acta Cryst, B34, 213. 1978). In this
cluster the  angles are oriented in the gg and the tg position for the reducing and
the nonreducing residue, respectively (cf. Tab. SII).  A cluster with 7.5% of the total
population has both  dihedral angles in a gt conformation.  The glycosidic linkage
of this cluster is characterized by / values of  ­10o.  
As   is   evident   from   the   populations   of   the   hydroxymethyl   groups,   the   MD
simulation   was   not   run   for   a   long   enough   time   to   give   correct   statistics   of   the
populations of different minima, which is even true for the most populated minima.

Run w60
The cluster analysis resulted in 19 clusters (Tab. SIII).  Based on the analysis
of the transition rates between the clusters four major groups of clusters can be
identified   (cf.   Tab.   SIII).     They   are   characterized   by   the   differences   in   the
conformations of the glucose rings and have the glycosidic linkage in conformations

2

close to the global minimum.  Only 18% of the conformers have both hexose rings
in   the  4C1  orientation.     In   64%   of   the   simulation   either   the   reducing   or   the
nonreducing ring has the inverted 1C4 ring conformation.  In 17% of the simulation
both rings adopted the 1C4 conformation. 
The cluster analysis revealed that the accessible range of the glycosidic linkage
space is significantly dependent on the ring conformations.   4C1 conformers restrict
the   conformational   flexibility   of   the   glycosidic   linkage   compared   to   the   1C4
conformers.     The   strongest   effect   is   found   when   comparing   the   conformational
space accessible to the  1C4­1C4 species with that of the  4C1­4C1 species (Fig. 1a,d).
The position and size of the global minimum of the  4C1­4C1 conformers is similar to
those   found   in   the   previously   described   calculations   at   350K   and   400K.     The
additional conformational flexibility apparent from the conformational space totally
accesses at 600K (Fig. 1, hatched area) originates from a glucose in an inverted  1C4
conformation (Fig. 1b­d).  When the nonreducing residue is in a  1C4 conformation,
the  contour extends to more negative  angles (Fig. 1b).  In contrary, when the
reducing residue adopts a  1C4 conformation and the nonreducing residue has the
4C


1 conformation the  contours extend to more positive values (Fig. 1c).  In the
fourth group of clusters, with both rings in the  1C4 conformation, the  contour

shows the increased flexibility to more negative  angles as well as to more positive
 and  angles (Fig. 1d).  
Two   small   clusters   show   up   for   the   inverted   conformation   of   the   glycosidic
linkage.   This inverted conformer remains stable for about 4 ps while the hexose
ring conformations are both in  4C1.   Some of the conformers with    around 180o
are found during the time of conformational transitions of the nonreducing glucose
residue.  

3

Table S I: 
Energy averages of the MD simulations.  The total energies (Tot) together with their
standard deviations (Std) and the change in the total energy over the entire run
(Slp) calculated from a linear regression analysis are given for the MD simulations,
wb1, wb2, w, w35, w40, w60 and the  in vacuo  MD simulations.   Additionally, the
total kinetic energy (Kin) the total potential Energy (Pot), the electrostatic energy
terms  for the maltose  (El­malt),  for the water (El­wat) and for the maltose­water

interaction (El­mw) as well as the corresponding van­der­Waals energy terms (LJ­
malt,   LJ­wat,   and   LJ­mw)   are   listed.     The   sum   of   the   bond   angle   and   dihedral
energies   are   in   column   (Bond).     The   average   energy   terms   for   the   six   MD
simulations in water (AVG water), and for the three in vacuo MD simulations (AVG
vacuo) are also displayed.  ND: not determined.  

Run
wb1 200ps
wb2 500ps
w 250ps
w35 200ps
w40 200ps
w60 950ps
va 500ps
vb 500ps
vc 500ps
Avg water
Avg wb
Avg vacuo


Tot
Std Slp
-14342 177
0
-14443 178 -129
-3741
74 nd
-3220
69
14
-2704
64
13
-1055
64
5
589
6
1
591

6
1
670
4
1
-6584
-14393
617

Kin
4279
4273
1201
1353
1559
2301
68
68
68
2494

4276
68

Pot
Bond EL-malt LJ -malt El-mw LJ -mw El-wat LJ -wat
-18621 127
573
-24
-420
-96 -21889 3109
-18717
46
572
-21
-424
-97 -21904 3111
-4942 123
492
-21
-401

-90
-5909
865
-4573 137
574
-20
-397
-88
-5556
777
-4263 148
573
-20
-371
-90
-5218
715
-3356 189
572
-18

-305
-93
-4303
601
522 120
420
-18
523 126
414
-16
602 139
480
-18
-9078 128
559
-21
-386
-92 -10797 1529
-18669
86

572
-22
-422
-96 -21896 3110
549 128
438
-17

4

Table SII: 
Statistic of the cluster analysis of run w that used sine and cosine values of the ,
  and   both    dihedral   angles   as   parameters   for   the   cluster   definition.     The
population (Pop) of the six clusters together with their average  and  angles, their
hydroxymethyl   group   orientation   of   the   reducing   (1)   and   the   nonreducing   (2)
glucose are listed.   The last column contains the correlation coefficient (Cor) that
are calculated from correlating the vectors defined by the four dihedral angles , 
and 1,2.   

Pop % P
806 32
597 24
564 23
283 11
184
7
66
3


-45
-22
-1
0
-13
-29

  1  2
-39 gg-gt
-26 gg-tg
-2 gg-gt
-1 gg-gg
-10 gt-gt
-31 tg-gt

Cor
0.47
0.35
0.42
0.65
0.33
0.44

5

Table SIII:
Cluster statistics from a cluster analysis of MD simulation w60.  The average (Avg)
and standard deviation (Std) of the    and    dihedral angles and the average total
energy   (E­tot)   are   tabulated   for   all   19   clusters.     The   clusters   are   sorted   by   the
conformation of the glucose rings.  Clusters representing inverted glycosidic linkage
conformations are listed separately at the bottom of the table.  For each group, the
total population and the group averages and standard deviations are added in bold
font (Sum).  
Red NR Popu

E-tot
Pop
Glucose lation
%
Avg Std Avg Std kJ/mol
4C1 4C1
274 16
-66
8
-40 10
-1061
4C1 4C1
139
8
-56
9
-61
7
-1070
4C1 4C1
75
4
-39 14
-83 14
-1039
4C1 4C1
625 36
-30 19
-11 15
-1065
4C1 4C1
415 24
-28 15
-43 11
-1050
4C1 4C1
110
6
-52 15
-25 20
-1032
4C1 4C1
61
4
-87 16
-35 15
-1046
Sum
1738 18
-41 15 -28 13 -1052
4C1 1C4
1244 50
-94 22
-25 20
-1050
4C1 1C4
1263 50
-48 17
-32 23
-1059
Sum
2507 26
-71 20 -29 22 -1055
1C4 4C1
1108 30
-23 26
26 29
-1049
1C4 4C1
254
7
-82 17
-37 20
-1058
1C4 4C1
1666 46
-48 11
-44 18
-1063
1C4 4C1
547 15
-18 12
-47 16
-1050
Sum
3655 38
-38 17 -18 22 -1055
1C4 1C4
222 14
-36 35
22 26
-1043
1C4 1C4
258 16
-137 21
-10 31
-1039
1C4 1C4
870 54
-76 15
-34 23
-1053
1C4 1C4
250 16
-35 20
-56 21
-1067
Sum
1600 17
-16 21 -26 25 -1051
4C1 4C1
39 33
-25 14 192 18
-1068
1C4 4C1
80 67
-32 18 169 38
-1032
Sum
119
1
60 17 181 33 -1050

6

Figure 1:

The conformational space of the glycosidic linkage dihedral angles 
and  occupied during MD simulation w60 at 600K displayed in all
four parts of the figures as hatched area.   Overplotted in a thick
closed   line,   the   conformational   space   is   indicated   for   those
conformers that have   A)  4C1­4C1   B)  4C1­1C4   C)  1C4­4C1   D)1C4­
1C

4  conformations of the reducing and the nonreducing glucose's,

respectively.  Lowest contours and area boundaries are drawn at 10
percent of the height of the highest populated bin.  

7

Dokumen yang terkait

ANALISIS FAKTOR YANGMEMPENGARUHI FERTILITAS PASANGAN USIA SUBUR DI DESA SEMBORO KECAMATAN SEMBORO KABUPATEN JEMBER TAHUN 2011

2 53 20

EFEKTIVITAS PENDIDIKAN KESEHATAN TENTANG PERTOLONGAN PERTAMA PADA KECELAKAAN (P3K) TERHADAP SIKAP MASYARAKAT DALAM PENANGANAN KORBAN KECELAKAAN LALU LINTAS (Studi Di Wilayah RT 05 RW 04 Kelurahan Sukun Kota Malang)

45 393 31

FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PENYERAPAN TENAGA KERJA INDUSTRI PENGOLAHAN BESAR DAN MENENGAH PADA TINGKAT KABUPATEN / KOTA DI JAWA TIMUR TAHUN 2006 - 2011

1 35 26

A DISCOURSE ANALYSIS ON “SPA: REGAIN BALANCE OF YOUR INNER AND OUTER BEAUTY” IN THE JAKARTA POST ON 4 MARCH 2011

9 161 13

Pengaruh kualitas aktiva produktif dan non performing financing terhadap return on asset perbankan syariah (Studi Pada 3 Bank Umum Syariah Tahun 2011 – 2014)

6 101 0

Pengaruh pemahaman fiqh muamalat mahasiswa terhadap keputusan membeli produk fashion palsu (study pada mahasiswa angkatan 2011 & 2012 prodi muamalat fakultas syariah dan hukum UIN Syarif Hidayatullah Jakarta)

0 22 0

05 BHS JEPANG

0 14 16

Pendidikan Agama Islam Untuk Kelas 3 SD Kelas 3 Suyanto Suyoto 2011

4 108 178

HUBUNGAN ANTARA KELENTUKAN DAN KESEIMBANGAN DENGAN KEMAMPUAN BACK OVER DALAM SENAM PADA SISWA SMA NEGERI 05 BANDAR LAMPUNG

0 42 1

KOORDINASI OTORITAS JASA KEUANGAN (OJK) DENGAN LEMBAGA PENJAMIN SIMPANAN (LPS) DAN BANK INDONESIA (BI) DALAM UPAYA PENANGANAN BANK BERMASALAH BERDASARKAN UNDANG-UNDANG RI NOMOR 21 TAHUN 2011 TENTANG OTORITAS JASA KEUANGAN

3 32 52