小工具教程准备Amber文件

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用途

为Amber分子动力学模拟准备所需的拓扑和坐标文件。支持生物大分子、有机小分子体系,暂不支持膜蛋白。

预备知识

溶剂模型

通常研究的有机生物体系是在溶液(尤其是水溶液)中进行的,水对蛋白折叠、热力学性质有着极为重要的影响。为了反映溶剂化效应,一般要在分子动力学模拟中采用溶剂模型。溶剂模型可分为两类:显式溶剂模型(explicitsolventmodel)和隐式溶剂模型(implicitsolventmodel)。

显式溶剂模型该模型直接将研究体系放在水盒子中,通常还添加抗衡离子以中和体系电荷。这种直接模拟溶质与溶剂之间相互作用的方法,大大提高了模拟的准确性,但大量水分子也会带来计算量的急剧增加。通常使用一定大小的水盒子把溶质包裹起来,采用周期边界条件(periodicboundarycondition,PBC)来表现无限溶剂环境。

隐式溶剂模型该模型不添加水分子,而用连续介质模型(数学方程)来反映该效应。隐式溶剂模型有许多优势,包括:减少体系粒子数目,降低计算开销;无溶剂摩擦效应,加快构像变化,避免长时间模拟;无需显式水的平衡过程。最著名的模型为广义波恩(GeneralizedBorn,GB)方法。

通常,我们在做常规分子动力学模拟时会采用显式溶剂模型,而在之后的结合自由能计算则采用隐式溶剂模型(MM/GB(PB)SA方法)。

水模型

显式溶剂模型需要在溶质周围填充水分子,至今已经发展出许多水模型,以重现水的不同性质。Amber中可使用的水模型包括:TIP3P、TIP3P/F、TIP4P、TIP4P/Ew、TIP5P、OPC、OPC、POL3、SPC/E、SPC/Eb、TIP3PFB和TIP4PFB。此外,还有有机溶剂非可极化模型,包括:甲醇、氯仿、N-甲基乙酰胺以及尿素-水混合溶剂。

其中,最常用的水模型是TIP3P。该模型已经被证实在许多性质上与真实水存在不少差距。但由于历史原因,过去很多力场都是基于TIP3P水模型建立的,总能量中溶剂部分的误差在一定程度上被抵消了。TIP3P水模至今仍然在生物分子模拟中非常流行。

OPC是一个新的非极化、4点、3电荷刚性水模型,它在许多性质上显著更好于常用的刚性水模型(如TIP3P)。最近对AMBERff99SB的更新,消除了它对TIP3P水模型固有的偏倚,OPC也因此成为与之搭配使用的首推之选。

更多关于水模型的介绍,请见Amber20手册第52-54页。

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