Введение
Помощь в построении моделей с уточнением энергии (AMBER) – это название широко используемого программного пакета молекулярной динамики, первоначально разработанного группой Питера Коллмана в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Впоследствии это название стало также обозначать семейство силовых полей для молекулярной динамики биомолекул, которые могут использоваться как в программном обеспечении AMBER, так и на многих современных вычислительных платформах. Оригинальная версия программного пакета AMBER была написана Полом Вайнером во время постдокторантуры в лаборатории Питера Коллмана и выпущена в 1981 году. Впоследствии У. Чандра Сингх расширил AMBER, также будучи постдоком в лаборатории Коллмана, добавив возможности молекулярной динамики и вычисления свободной энергии. Следующая итерация AMBER была начата около 1987 года группой разработчиков из (и связанных с) лабораторией Коллмана, включая Дэвида Перлмана, Дэвида Кейса, Джеймса Колдуэлла, Уильяма Росса, Томаса Читэма, Стивена ДеБолта, Дэвида Фергюсона и Джорджа Сейбеля. Эта команда возглавляла разработку более десяти лет и внедрила множество улучшений, включая значительное расширение возможностей вычисления свободной энергии, поддержку современных параллельных и массивно-параллельных аппаратных платформ (Cray, Star и др.), реструктуризацию кода и систему контроля версий для повышения удобства сопровождения, суммирование PME Ewald, инструменты для уточнения данных ЯМР и многое другое. В настоящее время AMBER поддерживается активным сотрудничеством между Дэвидом Кейсом из Университета Рутгерса, Томом Читэмом из Университета Юты, Адрианом Ройтбергом из Университета Флориды, Кеном Мерцем из Университета штата Мичиган, Карлосом Симмерлингом из Университета Стоуни Брук, Рэем Луо из Калифорнийского университета в Ирвайне и Джунмэй Ван из Encysive Pharmaceuticals.
Силовое поле
Термин "силовое поле AMBER" обычно относится к функциональной форме, используемой в семействе силовых полей AMBER. Эта форма включает несколько параметров, и каждый член семейства силовых полей AMBER предоставляет значения для этих параметров и имеет собственное имя.
Параметры
Для использования силового поля AMBER необходимо иметь значения параметров этого поля (например, константы силы, равновесные длины связей и углы, заряды). Существует достаточно большое количество таких наборов параметров, которые подробно описаны в руководстве пользователя программного обеспечения AMBER. Каждый набор параметров имеет название и предоставляет параметры для определенных типов молекул. Наборы параметров, начинающиеся с "ff" и содержащие двузначный номер года, например "ff99", предоставляют параметры для пептидов, белков и нуклеиновых кислот. По состоянию на 2018 год основным набором параметров для моделирования белков в пакете AMBER является силовое поле ff14SB. Общее силовое поле AMBER (GAFF) предоставляет параметры для малых органических молекул, что облегчает моделирование лекарственных средств и лигандов малых молекул совместно с биомолекулами. Силовые поля GLYCAM были разработаны Робом Вудсом для моделирования углеводов. Основным силовым полем, используемым в пакете AMBER для липидов, является lipid14.
Программное обеспечение
Программный пакет AMBER предоставляет набор программ для применения силовых полей AMBER к моделированию биомолекул. Он написан на языках программирования Fortran 90 и C и поддерживает большинство основных Unix-подобных операционных систем и компиляторов. Разработка ведется некоторой группой преимущественно академических лабораторий. Новые версии обычно выпускаются весной в четные годы; AMBER 10 был выпущен в апреле 2008 года. Программное обеспечение доступно по лицензии для использования на площадке, включающей полный исходный код, который в настоящее время стоит 500 долларов США для некоммерческих и 20 000 долларов США для коммерческих организаций.
Программы
LEaP подготавливает входные файлы для программ моделирования. Antechamber автоматизирует процесс параметризации малых органических молекул с использованием GAFF. Симулированный отжиг с ограничениями энергии, полученными из данных ЯМР (SANDER) является центральной программой моделирования и предоставляет возможности для минимизации энергии и молекулярной динамики с широким набором опций. pmemd – это несколько упрощенная переработка SANDER, выполненная Бобом Дьюком. Она была разработана для параллельных вычислений и демонстрирует значительно более высокую производительность, чем SANDER, при работе на более чем 8–16 процессорах. pmemd.cuda выполняет моделирование на машинах с графическими процессорами (GPU). pmemd.amoeba обрабатывает дополнительные параметры в поляризуемом силовом поле AMOEBA. nmode вычисляет нормальные моды. ptraj осуществляет численный анализ результатов моделирования. AMBER не содержит средств визуализации, которые обычно выполняются с помощью Visual Molecular Dynamics (VMD). Поддержка ptraj прекращена, начиная с AmberTools 13. cpptraj – это переписанная версия ptraj на языке C++, обеспечивающая более быстрый анализ результатов моделирования. Ряд операций был распараллелен с использованием OpenMP и MPI. MM PBSA позволяет проводить вычисления с неявным растворителем на основе снимков, полученных в ходе моделирования молекулярной динамики. NAB – это встроенная среда для построения нуклеиновых кислот, предназначенная для облегчения манипулирования белками и нуклеиновыми кислотами, где детальное атомное описание способствует вычислениям.
cpptraj is a rewritten version of ptraj made in C++ to give faster analysis of simulation results. Several actions have been made parallelizable with OpenMP and MPI. MM PBSA allows implicit solvent calculations on snap shots from molecular dynamics simulations. NAB is a built in nucleic acid building environment made to aid in the process of manipulating proteins and nucleic acids where an atomic level of description will aid computing.
Связанные с этим тексты
1. - Да. - Да.