La construcción de modelos asistidos con refinamiento energético ( AMBER ) es una familia de campos de fuerza para la dinámica molecular de biomoléculas desarrollada originalmente por el grupo de Peter Kollman en la Universidad de California en San Francisco . AMBER es también el nombre del paquete de software de dinámica molecular que simula estos campos de fuerza. Se mantiene gracias a una colaboración activa entre David Case de la Universidad de Rutgers , Tom Cheatham de la Universidad de Utah , Adrian Roitberg de la Universidad de Florida , Ken Merz de la Universidad Estatal de Michigan,Carlos Simmerling en Stony Brook University , Ray Luo en UC Irvine y Junmei Wang en Encysive Pharmaceuticals.
Autor (es) original (es) | Peter Kollman , David Case, Tom Cheatham, Ken Merz, Adrian Roitberg, Carlos Simmerling, Ray Luo, Junmei Wang, Ross Walker |
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Desarrollador (es) | Universidad de California, San Francisco |
Versión inicial | 2002 |
Lanzamiento estable | Amber20, AmberTools20 [1] / 31 de abril de 2020 |
Escrito en | C , C ++ , Fortran 95 |
Sistema operativo | Windows , OS X , Linux , Unix , CNK |
Plataforma | x86 , GPU Nvidia , Blue Gene |
Tamaño | Varía |
Disponible en | inglés |
Tipo | Dinámica molecular |
Licencia | Ámbar: Propietario AmberTools: GPL , dominio público , otros de código abierto |
Sitio web | ambermd |
Campo de fuerza
El término campo de fuerza AMBER generalmente se refiere a la forma funcional utilizada por la familia de campos de fuerza AMBER. Este formulario incluye varios parámetros; cada miembro de la familia de campos de fuerza AMBER proporciona valores para estos parámetros y tiene su propio nombre.
Forma funcional
La forma funcional del campo de fuerza AMBER es [2]
A pesar del término campo de fuerza , esta ecuación define la energía potencial del sistema; la fuerza es la derivada de este potencial en relación con la posición.
Los significados de los términos del lado derecho son:
- Primer término ( suma de enlaces): representa la energía entre átomos unidos covalentemente. Esta fuerza armónica (resorte ideal) es una buena aproximación cerca de la longitud del enlace de equilibrio, pero se vuelve cada vez más pobre a medida que los átomos se separan.
- Segundo término (suma de ángulos): representa la energía debida a la geometría de los orbitales de electrones involucrados en el enlace covalente.
- Tercer término (suma de torsiones): representa la energía para torcer un enlace debido al orden del enlace (por ejemplo, enlaces dobles) y enlaces vecinos o pares de electrones solitarios. Un enlace puede tener más de uno de estos términos, de modo que la energía de torsión total se expresa como una serie de Fourier .
- Cuarto término (doble suma sobre y ): representa la energía no enlazada entre todos los pares de átomos, que se puede descomponer en energías de van der Waals (primer término de suma) y electrostáticas (segundo término de suma).
La forma de la energía de van der Waals se calcula utilizando la distancia de equilibrio () y profundidad del pozo (). El factor de asegura que la distancia de equilibrio es . La energía a veces se reformula en términos de, dónde , como se usa, por ejemplo, en la implementación de los potenciales softcore.
La forma de la energía electrostática utilizada aquí supone que las cargas debidas a los protones y electrones en un átomo pueden representarse por una carga puntual única (o en el caso de conjuntos de parámetros que emplean pares solitarios, una pequeña cantidad de cargas puntuales).
Conjuntos de parámetros
Para utilizar el campo de fuerza AMBER, es necesario tener valores para los parámetros del campo de fuerza (por ejemplo, constantes de fuerza, longitudes y ángulos de enlace de equilibrio, cargas). Existe una cantidad bastante grande de estos conjuntos de parámetros, y se describen en detalle en el manual del usuario del software AMBER. Cada conjunto de parámetros tiene un nombre y proporciona parámetros para ciertos tipos de moléculas.
- Los parámetros de péptidos , proteínas y ácidos nucleicos se proporcionan mediante conjuntos de parámetros con nombres que comienzan con "ff" y contienen un número de año de dos dígitos, por ejemplo, "ff99". A partir de 2018, el modelo de proteína principal utilizado por el traje AMBER es el campo de fuerza ff14SB [3] [4] .
- El campo de fuerza AMBER general (GAFF) proporciona parámetros para moléculas orgánicas pequeñas para facilitar las simulaciones de fármacos y ligandos de moléculas pequeñas junto con biomoléculas.
- Rob Woods ha desarrollado los campos de fuerza GLYCAM para simular carbohidratos.
- El campo de fuerza principal utilizado en el traje AMBER para lípidos es el lípido14. [5]
Software
El paquete de software AMBER proporciona un conjunto de programas para aplicar los campos de fuerza AMBER a simulaciones de biomoléculas. Está escrito en los lenguajes de programación Fortran 90 y C , con soporte para la mayoría de los principales sistemas operativos y compiladores similares a Unix . El desarrollo se lleva a cabo mediante una asociación flexible de laboratorios principalmente académicos. Las nuevas versiones se publican normalmente en la primavera de los años pares; AMBER 10 fue lanzado en abril de 2008. El software está disponible bajo un acuerdo de licencia de sitio , que incluye el código fuente completo, actualmente con un precio de US $ 500 para organizaciones no comerciales y US $ 20,000 para organizaciones comerciales.
Programas
- LEaP prepara archivos de entrada para los programas de simulación.
- Antechamber automatiza el proceso de parametrización de pequeñas moléculas orgánicas utilizando GAFF.
- El recocido simulado con restricciones de energía derivadas de RMN (SANDER) es el programa de simulación central y proporciona instalaciones para la minimización de energía y la dinámica molecular con una amplia variedad de opciones.
- pmemd es una reimplementación de SANDER de Bob Duke con algunas funciones más limitadas. Fue diseñado para computación en paralelo y funciona significativamente mejor que SANDER cuando se ejecuta en más de 8 a 16 procesadores.
- pmemd.cuda ejecuta simulaciones en máquinas con unidades de procesamiento de gráficos (GPU).
- pmemd.amoeba maneja los parámetros adicionales en el campo de fuerza polarizable AMOEBA.
- nmode calcula los modos normales.
- ptraj analiza numéricamente los resultados de la simulación. AMBER no incluye habilidades de visualización, lo que comúnmente se realiza con Visual Molecular Dynamics (VMD). Ptraj ahora no es compatible a partir de AmberTools 13.
- cpptraj es una versión reescrita de ptraj hecha en C ++ para brindar un análisis más rápido de los resultados de la simulación. Se han hecho varias acciones paralelizables con OpenMP y MPI.
- MM-PBSA permite cálculos de solventes implícitos en instantáneas de simulaciones de dinámica molecular.
- NAB es un entorno de construcción de ácido nucleico incorporado creado para ayudar en el proceso de manipulación de proteínas y ácidos nucleicos donde un nivel atómico de descripción ayudará a la computación.
Ver también
- Comparación de software para modelado de mecánica molecular
- Comparación de implementaciones de campos de fuerza
- Dinámica molecular
- Geometría molecular
- Software de diseño molecular
- Mecánica molecular
- MDynaMix
- Diseñador Ascalaph
- BOSS (mecánica molecular)
- CHARMM
- GROMACS
- OPLS
- Yasara
- Plegable en casa
Referencias
- ^ Manual de referencia de Amber 2020
- ^ Cornell WD, Cieplak P, Bayly CI, Gould IR, Merz KM Jr, Ferguson DM, Spellmeyer DC, Fox T, Caldwell JW, Kollman PA (1995). "Un campo de fuerza de segunda generación para la simulación de proteínas, ácidos nucleicos y moléculas orgánicas". Mermelada. Chem. Soc . 117 (19): 5179–5197. CiteSeerX 10.1.1.323.4450 . doi : 10.1021 / ja00124a002 .
- ^ Maier, James A; Martínez, Carmenza; Kasavajhala, Koushik; Wickstrom, Lauren; Hauser, Kevin E; Simmerling, Carlos (2015). "Ff14SB: Mejora de la precisión de los parámetros de cadena lateral y columna vertebral de proteínas de ff99SB" . Revista de teoría química y computación . 11 (8): 3696–3713. doi : 10.1021 / acs.jctc.5b00255 . PMC 4821407 . PMID 26574453 .
- ^ http://ambermd.org/AmberModels.php
- ^ Dickson, Callum J; Madej, Benjamin D; Skjevik, Åge A; Betz, Robin M; Teigen, Knut; Gould, Ian R; Walker, Ross C (2014). "Lipid14: el campo de fuerza de lípidos ámbar" . Revista de teoría química y computación . 10 (2): 865–879. doi : 10.1021 / ct4010307 . PMC 3985482 . PMID 24803855 .
Lectura relacionada
1. Duan, Yong; Wu, Chun; Chowdhury, Shibasish; Lee, Mathew C .; Xiong, Guoming; Zhang, Wei; Yang, Rong; Cieplak, Piotr; et al. (2003). "Un campo de fuerza de carga puntual para simulaciones de mecánica molecular de proteínas basadas en cálculos de mecánica cuántica de fase condensada". Revista de Química Computacional . 24 (16): 1999-2012. doi : 10.1002 / jcc.10349 . PMID 14531054 . S2CID 283317 .
enlaces externos
- Página web oficial
- Archivo de lista de correo AMBER
- Ámbar en los sistemas de clúster HPC-C5 alemanes