用途
為Amber分子動力學模擬準備所需的拓撲和坐標文件。支持生物大分子、有機小分子體系,暫不支持膜蛋白。
預備知識
溶劑模型
通常研究的有機生物體系是在溶液(尤其是水溶液)中進行的,水對蛋白摺疊、熱力學性質有著極為重要的影響。為了反映溶劑化效應,一般要在分子動力學模擬中採用溶劑模型。溶劑模型可分為兩類:顯式溶劑模型(explicit solvent model)和隱式溶劑模型(implicit solvent model)。
顯式溶劑模型該模型直接將研究體系放在水盒子中,通常還添加抗衡離子以中和體系電荷。這種直接模擬溶質與溶劑之間相互作用的方法,大大提高了模擬的準確性,但大量水分子也會帶來計算量的急劇增加。通常使用一定大小的水盒子把溶質包裹起來,採用周期邊界條件(periodic boundary condition,PBC)來表現無限溶劑環境。
隱式溶劑模型該模型不添加水分子,而用連續介質模型(數學方程)來反映該效應。隱式溶劑模型有許多優勢,包括:減少體系粒子數目,降低計算開銷;無溶劑摩擦效應,加快構像變化,避免長時間模擬;無需顯式水的平衡過程。最著名的模型為廣義波恩(Generalized Born,GB)方法。
通常,我們在做常規分子動力學模擬時會採用顯式溶劑模型,而在之後的結合自由能計算則採用隱式溶劑模型(MM/GB(PB)SA方法)。
水模型
顯式溶劑模型需要在溶質周圍填充水分子,至今已經發展出許多水模型,以重現水的不同性質。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,還有有機溶劑非可極化模型,包括:甲醇、氯仿、N-甲基乙醯胺以及尿素-水混合溶劑。
其中,最常用的水模型是TIP3P。該模型已經被證實在許多性質上與真實水存在不少差距。但由於歷史原因,過去很多力場都是基於TIP3P水模型建立的,總能量中溶劑部分的誤差在一定程度上被抵消了。TIP3P水模至今仍然在生物分子模擬中非常流行。
OPC是一個新的非極化、4點、3電荷剛性水模型,它在許多性質上顯著更好於常用的剛性水模型(如TIP3P)。最近對AMBER ff99SB的更新,消除了它對TIP3P水模型固有的偏倚,OPC也因此成為與之搭配使用的首推之選。
更多關於水模型的介紹,請見Amber 20手冊第52-54頁。
入口
平臺地址:https://cloud.yinfotek.com/
功能入口:左側菜單欄【計算方案】->【小工具】->【分子動力學】->【準備Amber文件】
步驟
1. 上傳分子結構
上傳處理好的3D分子結構文件。分子無殘基、氫原子缺失,mol2文件還需帶有原子電荷(請參照【處理PDB結構(進階版)】、【準備化合物結構】和【添加原子電荷】等教程)。
強烈建議:生物大分子(蛋白、核酸、多糖、磷脂)、輔酶、水、金屬離子等結構採用pdb格式文件,有機小分子用mol2格式。相同格式的組分,可合併為一個文件,也可分別上傳。如下圖,receptor.pdb包含蛋白、核酸、多糖、磷脂、輔酶、水和金屬離子,ligand-A.mol2和ligand-B.mol2為有機小分子。上傳多個mol2文件時需要注意順序,因為這決定了它們在研究體系中的排列順序。例如,先上傳ligand-A.mol2後上傳ligand-B.mol2,那麼,在複合物體系中,它們的順序是AB;反之為BA。
當有mol2文件時,會自動顯示其殘基名,用戶可修改為合適的名稱,以便準確標記該分子,方便後續分析。殘基名由三個(通常大寫)英文字母和(或)阿拉伯數字組成,例如:BAX。
如下圖所示,ligand-A.mol2文件包含2個分子,殘基分別為BAX和BAY,而ligand-B.mol2文件包含1個分子,殘基名為YF5。
2. 上傳參數文件
參數文件不是必須的,通常用於補充缺失的、特殊的參數,如:修飾後殘基(非標準殘基)的參數文件、輔酶參數文件、【添加原子電荷】時提示缺少的某些參數、特殊處理的金屬參數。
3. 設置模擬環境
有機生物體系通常在溶劑環境中進行模擬。若需使用顯式溶劑,可通過該設置添加溶劑和離子。
4. 分子力場
默認採用以下Amber力場,且目前暫不支持變更:
ff19SB:蛋白BSC1:DNAOL3:RNAGLYCAM_06j:多糖lipid17:磷脂GAFF2:有機小分子(支持C、N、O、S、P、H、F、Cl、Br和I等元素)5. 查看體系,下載文件 amber_files.zip。