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用Amber进行能量分解和计算结合自由能——MMPBSA工具

已有 1318 次阅读 2018-1-13 11:15 |个人分类:技术交流|系统分类:科研笔记| Amber, MMPBSA, 结合自由能, 能量分解

以下所有内容均属于个人学习过程中的总结,如有错误,欢迎批评指正!


用Amber进行能量分解和计算结合自由能

First release:2018-01-13  Last update: 2018-03-17


Amber是一款适用于生物大分子的动力学模拟的软件,其官方网站是http://ambermd.org/index.html,目前最新版本为Amber17,Amber软件包主要包括2个部分:Amber Tools和Amber,其中Amber Tools可以免费在Amber官网下载,Tools中包含了Amber几乎所有的模块,Sander、tleap、MMPBSA等最核心的内容都可以免费使用。而另外的Amber则是唯一收费的部分,该部分主要包括了PMEMD以及GPU加速 的功能,简而言之, 如果你不追求计算速度,完全可以用免费的Amber(速度是相当慢,16线程的机器,跑2~3万原子的体系,一天大概是2~3 ns),而Amber加速之后,速度提升10倍以上。

Amber的能量分解部分是非常重要的模块,即MMPBSA,能量分解其实就是计算配体和受体之间结合的亲密程度,主要思想是将驱动二者结合的能量分解到每一个氨基酸残基上,我们可以清楚的看到每个氨基酸对配体结合的具体能量贡献,包括VDW、溶剂化能、静电能等。下面笔者简单介绍一下,用MMPBSA.py快速计算结合自由能的方法,希望对正在学习Amber的新手朋友带来帮助。

MMPBSA.py的计算过程只有一步,以前的MMPBSA.pl脚本需要多步操作,非常繁琐。输入文件mmpbsa.in内容如下:

Input file for running entropy calculations using NMode

&general

  startframe=395, endframe=490, interval=5, keep_files=2, ########## startframe=100, endframe=200分别表示用于计算能量分解的起始构象和终止构象;interval表示每隔5个构象提取一个,一共是20个构象;keep_files关键词是保存临时文件,0为不保存,1为保存所有临时文件,2为保存临时文件并在计算成功结束后自动删除。

  receptor_mask=:185-404, ligand_mask=:1-184,               ########## receptor_mask=:2-347, ligand_mask=:1-1,分别表示定义的受体和配体的序号,这个需要必须与动力学模拟时的序号一致(在计算蛋白和蛋白的相互作用时,可以将ligand_mask的值改为对应的残基序号即可)

/

&gb

  igb = 5, saltcon = 0.15,                                ########## igb:Generalized Born method to use,可以设置为1,2,5,7,默认值为5 ;saltcon为盐浓度,单位mol/L

/

&pb

  istrng = 0.15,                                           ########## istrng表示离子强度,在PBSA计算中为mmol/L

/


以上参数设置参考自Amber说明书,MMPBSA.py的参数设置还有很多,但上述参数基本上能满足大多数需求,具体的参数需要根据不同的实验条件来进行设置和修改,请参考Amber说明书中的31.  MMPBSA.py,page 660

上述mmpbsa.in文件为参数输入文件,计算结合自由能还需要三个拓扑文件,complex.prmtop,receptor.prmtop和ligand.prmtop,这些拓扑文件在做动力学模拟之前就已经做好,以及最终的轨迹文件(建议将轨迹文件采用cpptraj工具去除水分子和其他离子),md1.mdcrd

准备好上述文件后,执行命令:MMPBSA.py -O -i mmpbsa1.in -o mmpbsa.dat -cp complex.prmtop -rp receptor.prmtop -lp ligand.prmtop -y md1.mdcrd > progress.log,就可以进行计算了。结果文件中会给出三个体系(complex、receptor和ligand)的各项能量,以及总能量。结合自由能=receptor+ligand-complex



如果你对Amber分子动力学模拟或者量子化学感兴趣,或者对本文有什么问题,欢迎加入我们的交流群:

   qq群 580744615




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