ЯНТАРЬ

ЯНТАРЬ используется для минимизации энергии растяжения связи этой молекулы этана .

Вспомогательное построение моделей с уточнением энергии ( AMBER ) — это семейство силовых полей для молекулярной динамики биомолекул , первоначально разработанное группой Питера Коллмана в Калифорнийском университете в Сан-Франциско .

ЯНТАРЬ — это также название пакета программного обеспечения молекулярной динамики , который моделирует эти силовые поля. Он поддерживается благодаря активному сотрудничеству между Дэвидом Кейсом из Университета Рутгерса , Томом Читэмом из Университета Юты , Адрианом Ройтбергом из Университета Флориды , Кеном Мерцем из Университета штата Мичиган, Карлосом Зиммерлингом из Университета Стоуни-Брук , Рэем Луо из Калифорнийского университета в Ирвине и Цзюньмей Ван из Encysive Pharmaceuticals.

Силовое поле

Термин «ЯНТАРНОЕ силовое поле» обычно относится к функциональной форме, используемой семейством ЯНТАРНЫХ силовых полей. Эта форма включает в себя несколько параметров; каждый член семейства силовых полей AMBER предоставляет значения для этих параметров и имеет собственное имя.

Функциональная форма

Функциональная форма силового поля AMBER ^[2]

${\displaystyle V(r^{N})=\sum _{i\in {\text{bonds}}}{k_{b}}_{i}(l_{i}-l_{i}^{0})^{2}+\sum _{i\in {\text{angles}}}{k_{a}}_{i}(\theta _{i}-\theta _{i}^{0})^{2}}$

${\displaystyle +\sum _{i\in {\text{torsions}}}\sum _{n}{\frac {1}{2}}V_{i}^{n}[1+\cos(n\omega _{i}-\gamma _{i})]}$ ${\displaystyle +\sum _{j=1}^{N-1}\sum _{i=j+1}^{N}f_{ij}{\biggl \{}\epsilon _{ij}{\biggl [}\left({\frac {r_{ij}^{0}}{r_{ij}}}\right)^{12}-2\left({\frac {r_{ij}^{0}}{r_{ij}}}\right)^{6}{\biggr ]}+{\frac {q_{i}q_{j}}{4\pi \epsilon _{0}r_{ij}}}{\biggr \}}}$

Несмотря на термин силовое поле , это уравнение определяет потенциальную энергию системы; сила является производной этого потенциала относительно положения.

Значения терминов правой части следующие:

• Первый член ( суммирование по связям): представляет собой энергию между ковалентно связанными атомами. Эта гармоническая (идеальная пружинная) сила является хорошим приближением вблизи равновесной длины связи, но становится все хуже по мере разделения атомов.
• Второй член (суммирование по углам): представляет собой энергию, обусловленную геометрией электронных орбиталей, участвующих в ковалентной связи.
• Третий член (суммирование по кручению): представляет собой энергию скручивания связи из-за порядка связи (например, двойных связей) и соседних связей или неподеленных пар электронов. Одна связь может иметь более одного из этих членов, так что полная энергия кручения выражается в виде ряда Фурье .
• Четвертый член (двойное суммирование по и ): представляет собой несвязанную энергию между всеми парами атомов, которую можно разложить на энергии Ван-дер-Ваальса (первый член суммирования) и электростатическую (второй член суммирования). ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle j}$

Форма энергии Ван-дер-Ваальса рассчитывается с использованием равновесного расстояния ( ) и глубины ямы ( ). Коэффициент гарантирует, что равновесное расстояние равно . Энергию иногда переформулируют в терминах , где , как это используется, например, при реализации потенциалов мягкого ядра. ${\displaystyle r_{ij}^{0}}$ ${\displaystyle \epsilon }$ ${\displaystyle 2}$ ${\displaystyle r_{ij}^{0}}$ ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle r_{ij}^{0}=2^{1/6}(\sigma )}$

Используемая здесь форма электростатической энергии предполагает, что заряды протонов и электронов в атоме могут быть представлены одним точечным зарядом (или, в случае наборов параметров, в которых используются неподеленные пары, небольшим количеством точечных зарядов).

Наборы параметров

Чтобы использовать силовое поле AMBER, необходимо иметь значения параметров силового поля (например, силовые константы, равновесные длины и углы связей, заряды). Существует довольно большое количество этих наборов параметров, которые подробно описаны в руководстве пользователя программного обеспечения AMBER. Каждый набор параметров имеет имя и предоставляет параметры для определенных типов молекул.

• Параметры пептида , белка и нуклеиновой кислоты предоставляются наборами параметров, имена которых начинаются с «ff» и содержат двузначный номер года, например «ff99». По состоянию на 2018 год основной белковой моделью, используемой в костюме AMBER, является силовое поле ff14SB ^{[3] [4]} .
• Общее силовое поле AMBER (GAFF) предоставляет параметры для небольших органических молекул, чтобы облегчить моделирование лекарств и лигандов малых молекул в сочетании с биомолекулами.
• Силовые поля GLYCAM были разработаны Робом Вудсом для моделирования углеводов.
• Основным силовым полем, используемым в костюме AMBER для определения липидов, является липид14. ^[5]

Программное обеспечение

Пакет программного обеспечения AMBER предоставляет набор программ для применения силовых полей AMBER к моделированию биомолекул. Он написан на языках программирования Fortran 90 и C , с поддержкой большинства основных Unix-подобных операционных систем и компиляторов . Разработка ведется свободной ассоциацией, состоящей в основном из академических лабораторий. Новые версии выходят обычно весной четных лет; AMBER 10 был выпущен в апреле 2008 года. Программное обеспечение доступно по лицензионному соглашению, которое включает в себя полный исходный код, стоимость которого в настоящее время составляет 500 долларов США для некоммерческих организаций и 20 000 долларов США для коммерческих организаций.

Программы

• LEaP подготавливает входные файлы для программ моделирования.
• Прихожая автоматизирует процесс параметризации малых органических молекул с помощью GAFF.
• Имитация отжига с ограничением энергии, полученной с помощью ЯМР (SANDER) — это центральная программа моделирования, предоставляющая возможности для минимизации энергии и молекулярной динамики с широким спектром возможностей.
• pmemd — это несколько более ограниченная реализация SANDER Боба Дьюка. Он был разработан для параллельных вычислений и работает значительно лучше, чем SANDER, при работе на более чем 8–16 процессорах.
  • pmemd.cuda запускает моделирование на машинах с графическими процессорами (GPU).
  • pmemd.amoeba обрабатывает дополнительные параметры поляризуемого силового поля AMOEBA.
• nmode вычисляет нормальные режимы.
• ptraj численно анализирует результаты моделирования. ЯНТАРЬ не обладает способностями к визуализации, которые обычно выполняются с помощью визуальной молекулярной динамики (ВМД). Ptraj больше не поддерживается в AmberTools 13.
• cpptraj — это переписанная версия ptraj, созданная на C++ для более быстрого анализа результатов моделирования. Некоторые действия теперь можно распараллеливать с OpenMP и MPI.
• MM-PBSA позволяет выполнять неявные расчеты растворителей на основе снимков молекулярно-динамического моделирования.
• NAB — это встроенная среда создания нуклеиновых кислот, созданная для помощи в процессе манипулирования белками и нуклеиновыми кислотами, где атомный уровень описания поможет в вычислениях.

Смотрите также

• Сравнение программного обеспечения для моделирования молекулярной механики
• Сравнение реализаций силового поля
• Молекулярная динамика
• Молекулярная геометрия
• Программное обеспечение для молекулярного дизайна
• Молекулярная механика
• МДынаМикс
• Аскалаф Дизайнер
• БОСС (молекулярная механика)
• ШАРММ
• ГРОМАКС
• Обратная фармакология
• ОПЛС
• Ясара
• Складной@дома

Рекомендации

1. Справочное руководство Янтарь 2023 г.
2. Корнелл В.Д., Чеплак П., Бэйли С.И., Гулд И.Р., Мерц К.М. младший, Фергюсон Д.М., Спеллмейер, округ Колумбия, Фокс Т., Колдуэлл Дж.В., Коллман П.А. (1995). «Силовое поле второго поколения для моделирования белков, нуклеиновых кислот и органических молекул». Варенье. хим. Соц . 117 (19): 5179–5197. CiteSeerX  10.1.1.323.4450 . дои : 10.1021/ja00124a002.
3. Майер, Джеймс А; Мартинес, Карменса; Касавайхала, Кошик; Викстром, Лорен; Хаузер, Кевин Э; Зиммерлинг, Карлос (2015). «Ff14SB: Повышение точности параметров боковой цепи и основной цепи белка по данным ff99SB». Журнал химической теории и вычислений . 11 (8): 3696–3713. doi : 10.1021/acs.jctc.5b00255. ПМЦ 4821407 . ПМИД  26574453. 
4. "Янтарные силовые поля".
5. Диксон, Каллум Дж; Мадей, Бенджамин Д; Скьевик, Оге А; Бетц, Робин М; Тейген, Кнут; Гулд, Ян Р; Уокер, Росс С. (2014). «Lipid14: Силовое поле янтарного липида». Журнал химической теории и вычислений . 10 (2): 865–879. дои : 10.1021/ct4010307. ПМЦ 3985482 . ПМИД  24803855. 

Связанное чтение

1. Дуань, Юн; Ву, Чун; Чоудхури, Шибасиш; Ли, Мэтью С.; Сюн, Гуомин; Чжан, Вэй; Ян, Ронг; Чеплак, Петр; и другие. (2003). «Силовое поле точечного заряда для молекулярно-механического моделирования белков на основе квантово-механических расчетов в конденсированной фазе». Журнал вычислительной химии . 24 (16): 1999–2012. дои : 10.1002/jcc.10349. PMID  14531054. S2CID  283317.

Внешние ссылки

• Официальный веб-сайт
• Архив списка рассылки AMBER
• Янтарный на немецких кластерных системах HPC-C5