CHIHLIMBAR

AMBER poate fi folosit, de exemplu, pentru a minimiza energia legată de întinderea legăturii carbon-carbon a acestei molecule de etan.

AMBER ( acronim pentru construirea modelelor asistate cu rafinament energetic ) este o familie de câmpuri de forță utilizate în dinamica moleculară a biomoleculelor , dezvoltată inițial de grupul lui Peter Kollman de la Universitatea din California , San Francisco . AMBER este în același timp și numele pachetului software cu care poate fi simulat câmpul de forță.

Câmpul de forță

Termenul „ câmp de forță AMBER” se referă de obicei la forma funcțională utilizată de câmpurile de forță AMBER. Acesta este setul de parametri diferiți cărora fiecare versiune de AMBER îi atribuie o anumită valoare.

Forma funcțională

Scopul câmpului de forță este de a modela cu precizie energiile conformaționale ale unui sistem molecular și interacțiunile intermoleculare rezultate. Prin urmare, forma funcțională reprezintă energia potențială a sistemului: ^[1]

V(r^{N})=\sum _{\text{legami}}{\frac {1}{2}}k_{b}(l-l_{0})^{2}+\sum _{\text{angoli}}{\frac {1}{2}}k_{a}(\theta -\theta _{0})^{2}

{\ displaystyle V (r ^ {N}) = \ sum _ {\ text {ties}} {\ frac {1} {2}} k_ {b} (l-l_ {0}) ^ {2} + \ sum _ {\ text {angles}} {\ frac {1} {2}} k_ {a} (\ theta - \ theta _ {0}) ^ {2}}

{\ displaystyle V (r ^ {N}) = \ sum _ {\ text {ties}} {\ frac {1} {2}} k_ {b} (l-l_ {0}) ^ {2} + \ sum _ {\ text {angles}} {\ frac {1} {2}} k_ {a} (\ theta - \ theta _ {0}) ^ {2}}

$+\sum _{\text{torsioni}}{\frac {1}{2}}V_{n}[1+\cos(n\omega -\gamma )]$ ${\ displaystyle + \ sum _ {\ text {twists}} {\ frac {1} {2}} V_ {n} [1+ \ cos (n \ omega - \ gamma)]}$ ${\ displaystyle + \ sum _ {\ text {twists}} {\ frac {1} {2}} V_ {n} [1+ \ cos (n \ omega - \ gamma)]}$ $+\sum _{j=1}^{N-1}\sum _{i=j+1}^{N}\left\{\varepsilon _{i,j}\left[\left({\frac {r_{0ij}}{r_{ij}}}\right)^{12}-2\left({\frac {r_{0ij}}{r_{ij}}}\right)^{6}\right]+{\frac {q_{i}q_{j}}{4\pi \varepsilon _{0}r_{ij}}}\right\}$ ${\ displaystyle + \ sum _ {j = 1} ^ {N-1} \ sum _ {i = j + 1} ^ {N} \ left \ {\ varepsilon _ {i, j} \ left [\ left ( {\ frac {r_ {0ij}} {r_ {ij}}} \ right) ^ {12} -2 \ left ({\ frac {r_ {0ij}} {r_ {ij}}} \ right) ^ {6 } \ right] + {\ frac {q_ {i} q_ {j}} {4 \ pi \ varepsilon _ {0} r_ {ij}}} \ right \}}$ $+ \ sum _ {{j = 1}} ^ {{N-1}} \ sum _ {{i = j + 1}} ^ {N} \ left \ {\ varepsilon _ {{i, j}} \ left [\ left ({\ frac {r _ {{0ij}}} {r _ {{ij}}}} \ right) ^ {{12}} - 2 \ left ({\ frac {r _ {{0ij }}} {r _ {{ij}}} \ right) ^ {{6}} \ right] + {\ frac {q_ {i} q_ {j}} {4 \ pi \ varepsilon _ {0} r _ {{ij}}}} \ right \}$

Câmpul de forță este derivatul acestei magnitudini față de poziție.

Semnificația diferiților termeni este după cum urmează:

Primul termen ( însumarea legăturilor): reprezintă energia tuturor legăturilor covalente ale moleculei. Această forță armonică (un arc ideal) este o bună aproximare dacă distanța dintre cei doi atomi implicați în legătură nu este prea departe de distanța de echilibru, ea se înrăutățește pe măsură ce atomii se îndepărtează.
Al doilea termen (însumarea unghiurilor de legătură): se referă la contribuția energetică dată de geometria asumată de orbitalii electronici implicați în legăturile covalente.
Al treilea termen (însumare pe unghiuri de diedru sau de torsiune): estimează energia legată de torsiunea unei legături pe baza ordinii legăturilor și a legăturilor învecinate. O singură legătură poate avea mai mulți termeni de acest tip, din acest motiv, energia totală de torsiune este exprimată ca o serie Fourier .
Al patrulea termen (dublă însumare la $the$ ${\ displaystyle i}$ $the$ Și $j$ ${\ displaystyle j}$ $j$ ): reprezintă energia care nu se leagă între toți atomii, este suma contribuției energetice a forțelor Van der Waals (primul termen al adunării) și a contribuției energetice a forțelor electrostatice (al doilea termen al adunării).

Setarea parametrilor

Pentru a utiliza câmpul de forță AMBER, este necesar să se atribuie valori parametrilor câmpului de forță (de exemplu, constante de forță, lungime și unghiuri de echilibru ale fiecărei legături, sarcini). Există numeroase colecții ale acestor valori, descrise în detaliu în manualul de utilizare al software-ului AMBER. Fiecare dintre aceste colecții are un nume și oferă parametri pentru un anumit tip de moleculă.

Datele referitoare la peptide, proteine și acizi nucleici sunt furnizate de seturi de date al căror nume este compus din „ff” și anul publicării, cum ar fi „ff99”.
GAFF (Generalized AMBER Force Field) oferă parametri pentru molecule organice mici pentru simularea liganzilor, de exemplu medicamente și biomolecule.
Câmpul de forță GLYCAM a fost dezvoltat de Rob Woods pentru simularea carbohidraților.

Software

Pachetul AMBER oferă un set de programe cu care se aplică câmpul de forță la simularea biomoleculelor. Este scris în Fortran 90 și C ++ . Dezvoltarea este condusă de o mare asociație de laboratoare în mare parte academice. Noile versiuni sunt de obicei lansate în primăvara anilor pare; AMBER 10 a fost lansat în aprilie 2008, în timp ce AMBER 18 a fost lansat în aprilie 2018. Pachetul sursă este distribuit în format deschis conform specificațiilor GNU GPL și este compus din cele două componente AMBER și AMBERTOOLS, în timp ce versiunea comercială este plătită. Cele mai recente versiuni ale pachetului AMBER acceptă accelerarea GPU datorită suportului lingvistic CUDA .

Programele AmberTools

LEaP este utilizat pentru a pregăti fișiere de intrare pentru simulare
Antecamera are grijă să atribuie valori parametrilor moleculelor mici folosind GAFF
SANDER (Simulation Annealing with NMR-Derived Energy Restraints) este programul central de simulare și oferă algoritmi de minimizare a energiei și de dinamică moleculară
pmemd este o reimplementare limitată a SANDER de către Bob Duke. Este mult mai puternic atunci când este utilizat în paralel de mai mult de 8-16 procesoare
ptraj efectuează analize numerice ale rezultatelor simulării. AMBER nu permite vizualizarea compușilor, care se face în schimb cu VMD sau Sirius.
MM-PBSA permite calculele cu solvent implicit pornind de la o structură a unei dinamici moleculare.

Notă

^ Cornell WD, Cieplak P, Bayly CI, Gould IR, Merz KM Jr, Ferguson DM, Spellmeyer DC, Fox T, Caldwell JW, Kollman PA, A Second Generation Force Field for the Simulation of Proteins, Nucleic Acids, and Organic Molecules , în J. Am. Chem. Soc. , Vol. 117, 1995, p. 5179-5197.

Bibliografie

Duan și colab. , Chun Wu, Shibasish Chowdhury, Mathew C. Lee, Guoming Xiong, Zhang Wei, Rong Yang, Piotr Cieplak și Ray Luo, un câmp de forță punct de încărcare pentru mecanica simulari moleculare ale proteinelor bazate pe calcule mecanice faze condensate cuantice , în J Chimie Computațională , vol. 24, n. 16, 2003, p. 1999–2012, DOI : 10.1002 / jcc.10349 .

linkuri externe

Site-ul AMBER , la ambermd.org .

[Cornell1995-1] Cornell WD, Cieplak P, Bayly CI, Gould IR, Merz KM Jr, Ferguson DM, Spellmeyer DC, Fox T, Caldwell JW, Kollman PA, A Second Generation Force Field for the Simulation of Proteins, Nucleic Acids, and Organic Molecules , în J. Am. Chem. Soc. , Vol. 117, 1995, p. 5179-5197.

[1]