Кіріспе

Энергияны жетілдіру арқылы көмекші модельдер құру (AMBER) – бұл бастапқыда Сан-Францискодағы Калифорния университетінде Питер Коллман тобы әзірлеген, кеңінен қолданылатын молекулалық динамика бағдарламалық пакеті. Кейіннен ол AMBER бағдарламалық жиынтығында да, көптеген заманауи есептеу платформаларында да қолданылатын биомолекулалардың молекулалық динамикасы үшін күш өрістерінің отбасын белгіледі. AMBER бағдарламалық пакетінің бастапқы нұсқасын Пол Вайнер Питер Коллманның зертханасында постдокторант ретінде жазды және ол 1981 жылы жарық көрді. Кейіннен У. Чандра Сингх Коллманның зертханасында AMBER-ді постдокторант ретінде кеңейтіп, молекулалық динамика және еркін энергия мүмкіндіктерін қосты. AMBER-дің келесі нұсқасын 1987 жыл шамасында Коллман зертханасындағы (және онымен байланысты) әзірлеушілер тобы бастады, оған Дэвид Перлман, Дэвид Кейс, Джеймс Колдуэлл, Уильям Росс, Томас Читам, Стивен ДеБолт, Дэвид Фергюсон және Джордж Сейбель кірді. Бұл команда он жылдан астам уақыт бойы дамуды басқарды және еркін энергия мүмкіндіктерін едәуір кеңейту, заманауи параллельді және массивтік өңдеу аппараттық платформаларын (Cray, Star және т.б.) қолдау, кодты қайта құру және оны жақсартуды бақылау, PME Ewald жиынтығы, ЯМР (NMR) жетілдіру құралдары және тағы да басқа жақсартулар енгізді. Қазіргі уақытта AMBER-ді Ратгерс университетіндегі Дэвид Кейс, Юта университетіндегі Том Читэм, Флорида университетіндегі Адриан Ройтберг, Мичиган мемлекеттік университетіндегі Кен Мерц, Стони Брук университетіндегі Карлос Симмерлинг, UC Ирвайндегі Рей Луо және Encysive Pharmaceuticals компаниясындағы Джунмэй Ванг бірлесіп қолдап, жаңартып отырады.

Күш өрісі

AMBER күш өрісі термині көбінесе AMBER күш өрістері отбасында қолданылатын функционалдық форманы білдіреді. Бұл формада бірнеше параметрлер бар; AMBER күш өрістері отбасының әрбір мүшесі осы параметрлерге арналған мәндерді ұсынады және оның жеке атауы болады.

Параметрлер жиынтығы

AMBER күш өрісін пайдалану үшін күш өрісі параметрлерінің мәндері болуы қажет (мысалы, күш тұрақтылары, тепе-теңдік байланыс ұзындықтары мен бұрыштары, зарядтар). Мұндай параметрлер жиынтығының саны көп, және олар AMBER бағдарламалық қамтамасының пайдаланушы нұсқаулығында толық сипатталған. Әрбір параметрлер жиынтығының атауы бар және ол белгілі бір типтегі молекулалар үшін параметрлер ұсынады. Пептид, ақуыз және нуклеин қышқылы параметрлері "ff" әрпінен басталып, екі таңбалы жыл нөмірін қамтитын, мысалы "ff99" аталатын параметрлер жиынтығы арқылы беріледі. 2018 жылдан бастап AMBER жиынтығында қолданылатын негізгі ақуыз моделі – ff14SB күш өрісі. Жалпы AMBER күш өрісі (GAFF) биомолекулалармен бірге дәрі-дәрмектер мен кішкентай молекулалық лигандтарды модельдеуді жеңілдету үшін кішкентай органикалық молекулаларға арналған параметрлерді ұсынады. GLYCAM күш өрістерін Роб Вудс көмірсуларды модельдеу үшін жасаған. Липидтер үшін AMBER жиынтығында қолданылатын негізгі күш өрісі – lipid14.

Бағдарламалық жасақтама

AMBER бағдарламалық жиынтығы биомолекулаларды модельдеуге AMBER күш өрістерін қолдануға арналған бағдарламалар жиынтығын ұсынады. Ол Fortran 90 және C бағдарламалау тілдерінде жазылған, көптеген Unix сияқты операциялық жүйелер мен компиляторларды қолдайды. Дамуды көбінесе академиялық зертханалардың бейресми бірлестігі жүргізеді. Жаңа нұсқалар әдетте жұп жылдардың көктемінде жарияланады; AMBER 10 2008 жылдың сәуір айында жарияланды. Бағдарламалық қамтамасы сайттық лицензиялық келісім бойынша қолжетімді, оған толық бастапқы код кіреді, қазіргі таңдағы бағасы коммерциялық емес ұйымдар үшін 500 АҚШ доллары, ал коммерциялық ұйымдар үшін 20 000 АҚШ доллары.

Бағдарламалар

LEaP симуляциялық бағдарламалар үшін кіріс файлдарын дайындайды. Antechamber GAFF қолданып, кішкентай органикалық молекулаларды параметрлеу процесін автоматтандырады. Ядролық магниттік резонанс (NMR) деректерінен алынған энергия шектеулерімен симуляцияланған отқару (SANDER) – орталық симуляциялық бағдарлама, және түрлі опциялармен энергияны ең кішкентай деңгейге дейін жеткізу және молекулалық динамика үшін мүмкіндіктер ұсынады. pmemd – Боб Дьюк жасаған SANDER-дің мүмкіндіктері шектеулі қайта іске асырылуы. Ол параллель есептеулер үшін жасалған, және 8-16 процессордан астамда SANDER-ден айтарлықтай жақсы жұмыс істейді. pmemd.cuda графикалық процессорлар (GPU) бар машиналарда симуляцияларды жүргізеді. pmemd.amoeba поляризацияланатын AMOEBA күш өрісіндегі қосымша параметрлерді басқарады. nmode қалыпты тербеліс режимдерін есептейді. ptraj симуляция нәтижелерін сандық түрде талдайды. AMBER визуализациялау мүмкіндіктерін қамтымайды, бұл әдетте Визуалды Молекулалық Динамика (VMD) бағдарламасымен жүзеге асырылады. Ptraj AmberTools 13 нұсқасынан бастап қолдау көрсетілмейді. cpptraj – симуляция нәтижелерін жылдам талдау үшін C++ тілінде қайта жазылған ptraj нұсқасы. OpenMP және MPI арқылы бірнеше әрекеттер параллельдеуге қол жеткізді. MM PBSA молекулалық динамика симуляцияларынан алынған кадрларда жасырын еріткішті есептеуге мүмкіндік береді. NAB – ақуыздар мен нуклеин қышқылдарын өңдеу процесіне көмектесетін, нуклеин қышқылдарын құрастыруға арналған құрал, онда есептеулерді жеңілдету үшін атомдық деңгейде сипаттама қажет.

Қатысты оқу

1 - ші.