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【小工具教程】准备Amber文件

发布: 2021-01-14 2,880阅读 92评论

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（explicit solvent model）和隐式溶剂模型（implicit solvent model）。

  • 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（periodic boundary condition，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（Generalized Born，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AMBER ff99SB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Amber 20手册第52-54页。

入口

平台地址：https://cloud.yinfotek.com/

功能入口：左侧菜单栏【计算方案】->【小工具】->【分子动力学】->【准备Amber文件】

步骤

1. 上传分子结构

上传处理好的3D分子结构文件。分子无残基、氢原子缺失，mol2文件还需带有原子电荷（请参照【处理PDB结构（进阶版）】、【准备化合物结构】和【添加原子电荷】等教程）。

  • 强烈建议：生物大分子（蛋白、核酸、多糖、磷脂）、辅酶、水、金属离子等结构采用pdb格式文件，有机小分子用mol2格式。
  • 相同格式的组分，可合并为一个文件，也可分别上传。如下图，receptor.pdb包含蛋白、核酸、多糖、磷脂、辅酶、水和金属离子，ligand-A.mol2和ligand-B.mol2为有机小分子。
  • 上传多个mol2文件时需要注意顺序，因为这决定了它们在研究体系中的排列顺序。例如，先上传ligand-A.mol2后上传ligand-B.mol2，那么，在复合物体系中，它们的顺序是AB；反之为BA。

当有mol2文件时，会自动显示其残基名，用户可修改为合适的名称，以便准确标记该分子，方便后续分析。残基名由三个（通常大写）英文字母和（或）阿拉伯数字组成，例如：BAX。

如下图所示，ligand-A.mol2文件包含2个分子，残基分别为BAX和BAY，而ligand-B.mol2文件包含1个分子，残基名为YF5。

2. 上传参数文件

参数文件不是必须的，通常用于补充缺失的、特殊的参数，如：修饰后残基（非标准残基）的参数文件、辅酶参数文件、【添加原子电荷】时提示缺少的某些参数、特殊处理的金属参数。

3. 设置模拟环境

有机生物体系通常在溶剂环境中进行模拟。若需使用显式溶剂，可通过该设置添加溶剂和离子。

4. 分子力场

默认采用以下Amber力场，且目前暂不支持变更：

  • ff19SB：蛋白
  • BSC1：DNA
  • OL3：RNA
  • GLYCAM_06j：多糖
  • lipid17：磷脂
  • GAFF2：有机小分子（支持C、N、O、S、P、H、F、Cl、Br和I等元素）

5. 查看体系，下载文件 amber_files.zip。

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评论列表(92)

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