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使用Amber進(jìn)行QM/MM動(dòng)力學(xué)模擬
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使用Amber進(jìn)行QM/MM動(dòng)力學(xué)模擬 cnDenis，2012年5月11日 分子動(dòng)力學(xué)軟件Amber可以進(jìn)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(jì)算自由能。 由于分子力學(xué)（MM）方法是將原子視為一個(gè)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(lái)給人感覺(jué)要高級(jí)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(chǎng)所得到的結(jié)果可能會(huì)比用半經(jīng)驗(yàn)量化方法做出來(lái)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(guò)80-100個(gè)，否則運(yùn)行起來(lái)會(huì)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(yàn)量化方法。具體支持的元素類型請(qǐng)參考AmberTool手冊(cè)。默認(rèn)的方法為PM3。 Amber手冊(cè)使用QM/MM模擬的sander輸入文件例子如下(括號(hào)中的只是注釋，實(shí)際應(yīng)用時(shí)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(hào)后面表示殘基序號(hào)。還有其它的表示方法，語(yǔ)法請(qǐng)參考Amber手冊(cè)ambmask部分。注意如果需要從一個(gè)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(gè)區(qū)。 qmcharge 是QM部分所帶的電荷。 qm_theory 是QM計(jì)算使用的方法，默認(rèn)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(gè)值是對(duì)于QM原子整體而言的，如果一個(gè)MM原子與任何一個(gè)QM原子的距離小于qmcut，所有的QM原子都會(huì)受到它影響。對(duì)于GB隱式水體系，設(shè)15~20埃，對(duì)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(méi)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(cè)上說(shuō)超過(guò)8個(gè)CPU加速效果就不大了。 動(dòng)力學(xué)軌跡也可以使用QM/MM處理。以下是我用MMPBSA.py計(jì)算自由能的一個(gè)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(jì)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(xiě)上殘基序號(hào)，如果有多個(gè)殘基，要用分號(hào)分開(kāi)。 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(lái)說(shuō)，模擬時(shí)和自由能計(jì)算的QM部分設(shè)置要一致，否則可能結(jié)果會(huì)很不合理。 [ Last edited by cndenis on 2012-5-11 at 21:59 ] |
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