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使用Amber進行QM/MM動力學(xué)模擬
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使用Amber進行QM/MM動力學(xué)模擬 cnDenis，2012年5月11日 分子動力學(xué)軟件Amber可以進行QM/MM混合模擬，所得到的軌跡也可以用QM/MM混合的方法計算自由能。 由于分子力學(xué)（MM）方法是將原子視為一個整體，不考慮核外的電子分布的影響，量子力學(xué)（QM）方法考慮了核外電子，看起來給人感覺要高級和準(zhǔn)確一些。但并不總是如此，在構(gòu)像分析的一些性質(zhì)中，用合適的力子力場所得到的結(jié)果可能會比用半經(jīng)驗量化方法做出來的更好。而且QM比MM昂貴得多，一般而言體系中QM部分原子不要超過80-100個，否則運行起來會非常慢。 Amber中內(nèi)置的QM模塊源于Mopac的代碼，支持 PM3，AM1，RM1，MNDO，PDDG/PM3，PDDG/MNDO， PM3CARB1和DFTB/SCC-DFTB等半經(jīng)驗量化方法。具體支持的元素類型請參考AmberTool手冊。默認的方法為PM3。 Amber手冊使用QM/MM模擬的sander輸入文件例子如下(括號中的只是注釋，實際應(yīng)用時要去掉）: &cntrl imin=0, nstlim=10000, (perform MD for 10,000 steps) dt=0.002, (2 fs time step) ntt=1, tempi=0.1, temp0=300.0 (Berendsen temperature control) ntb=1, (Constant volume periodic boundaries) ntf=2, ntc=2, (Shake hydrogen atoms) cut=8.0, (8 angstrom classical non-bond cut off) ifqnt=1 (Switch on QM/MM coupled potential) / &qmmm qmmask=':753' (Residue 753 should be treated using QM) qmcharge=-2, (Charge on QM region is -2) qm_theory='PM3', (Use the PM3 semi-empirical Hamiltonian) qmcut=8.0 (Use 8 angstrom cut off for QM region) / 在&cntrl中設(shè)置ifqnt=1表示使用QM/MM模擬，然后添加&qmmm段，設(shè)置QM的各種參數(shù)。 qmmask 是設(shè)置使用QM的原子，冒號后面表示殘基序號。還有其它的表示方法，語法請參考Amber手冊ambmask部分。注意如果需要從一個分子中選取部分原子的話，QM原子和MM原子之間最好是非極性鍵，如C-C鍵。不可以把相連的C-H原子分別放在兩個區(qū)。 qmcharge 是QM部分所帶的電荷。 qm_theory 是QM計算使用的方法，默認值是PM3，如上所述。 qmcut 是QM原子受MM原子影響的范圍，注意這個值是對于QM原子整體而言的，如果一個MM原子與任何一個QM原子的距離小于qmcut，所有的QM原子都會受到它影響。對于GB隱式水體系，設(shè)15~20埃，對于周期性顯式水體系，一般8~9埃就可了。 目前只有sander支持QM/MM，PMEMD還不支持，所以CUDA加速是沒法用的。QM/MM可以使用MPI并行加速，但由于并不是所有代碼都支持并行化，手冊上說超過8個CPU加速效果就不大了。 動力學(xué)軌跡也可以使用QM/MM處理。以下是我用MMPBSA.py計算自由能的一個輸入文件。 calculate dG with QM/MM &general verbose=2, / &gb ifqnt=1, qm_residues=1, qm_theory='PM3', / 與普通純MM的計算相比，輸入文件在&gb段多了ifqnt、qm_residue和qm_theory，要注意的是qm_residues的表示方法與sander輸入文件中不同，在這里不能使用Mask，而是直接寫上殘基序號，如果有多個殘基，要用分號分開。 目前Amber中的QM/MM不支持PB模型，所以MMPBSA.py中的輸入只能有g(shù)b段，不能有pb段，也就是只能算MM/GBSA，不能算MM/PBSA。 一般來說，模擬時和自由能計算的QM部分設(shè)置要一致，否則可能結(jié)果會很不合理。 [ Last edited by cndenis on 2012-5-11 at 21:59 ] |
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