CHARMM

редактировать
CHARMM
Разработчик (и) Martin Karplus, Accelrys
Первоначальный выпуск1983; 37 лет назад (1983 г.)
Стабильный выпуск c40b1, c40b2 / 2015; 5 лет назад (2015)
Предварительный выпуск c41a1, c41a2 / 2015; 5 лет назад (2015)
Написано наFORTRAN 77-95, CUDA
Операционная система Unix-like : Linux, macOS, AIX, iOS
Platform x86, ARM, Nvidia GPU ; Cray XT4, XT5
Доступен наанглийском языке
Тип Molecular Dynamics
Лицензия Собственный
Веб-сайтwww.charmm.org

Химия в Гарвардской Макромолекулярной Механике (CHARMM ) - это название широко используемого набора силовых полей. для молекулярной динамики, и название пакета программного обеспечения для компьютерного моделирования и анализа молекулярной динамики , связанного с ними. В проекте разработки CHARMM участвует всемирная сеть разработчиков, работающих с Мартином Карплюсом и его группой в Гарварде для разработки и поддержки программы CHARMM. Лицензии на это программное обеспечение доступны за плату людям и группам, работающим в академических кругах.

Содержание

  • 1 Силовые поля
  • 2 Программа молекулярной динамики
  • 3 История программного обеспечения
  • 4 Запуск CHARMM под Unix-Linux
  • 5 Волонтерские вычисления
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Силовые поля

Силовые поля CHARMM для белков включают: объединенный атом (иногда называемый протяженным атомом) CHARMM19, полностью атомный CHARMM22 и его двугранный потенциал. исправленный вариант CHARMM22 / CMAP. В силовом поле белка CHARMM22 парциальные заряды атомов были получены из квантово-химических расчетов взаимодействий между модельными соединениями и водой. Кроме того, CHARMM22 параметризован для явной модели воды TIP3P. Тем не менее, он часто используется с неявными растворителями. В 2006 году специальная версия CHARMM22 / CMAP была повторно параметризована для постоянного использования с неявным растворителем GBSW.

Силовое поле CHARMM22 имеет следующую функцию потенциальной энергии:

V = bondkb (b - b 0) 2 + ∑ anglesk θ (θ - θ 0) 2 + ∑ diintagesk ϕ [1 + cos (n ϕ - δ)] + ∑ impropersk ω (ω - ω 0) 2 + ∑ U rey - B radleyku (u - u 0) 2 + ∑ несвязанный (ϵ [(R minijrij) 12 - (R minijrij) 6] + qiqj ϵ rij) {\ displaystyle {\ begin {align} V = \ sum _ {bond} k_ {b} (b- b_ {0}) ^ {2} + \ sum _ {angles} k _ {\ theta} (\ theta - \ theta _ {0}) ^ {2} + \ sum _ {двугранность} k _ {\ phi} [1 + cos (n \ phi - \ delta)] \\ + \ sum _ {impropers} k _ {\ omega} (\ omega - \ omega _ {0}) ^ {2} + \ sum _ {Юри-Брэдли} k_ {u} (u-u_ {0}) ^ {2} \\ + \ sum _ {nonbonded} \ left (\ epsilon \ left [\ left ({\ frac {R_ {min_ {ij}}}} { r_ {ij}}} \ right) ^ {12} - \ left ({\ frac {R_ {min_ {ij}}} {r_ {ij}}}} \ right) ^ {6} \ right] + {\ frac {q_ {i} q_ {j}} {\ epsilon r_ {ij}}} \ right) \ end {align}}}{\ displaystyle {\ begin {align} V = \ sum _ {облигации} k_ { b} (b-b_ {0}) ^ {2} + \ sum _ {angles} k _ {\ theta} (\ theta - \ theta _ {0}) ^ {2} + \ sum _ {двугранные} k_ { \ phi} [1 + cos (n \ phi - \ delta)] \\ + \ sum _ {impropers} k _ {\ omega} (\ omega - \ omega _ {0}) ^ {2} + \ sum _ {Urey- Брэдли} k_ {u} (u-u_ {0}) ^ {2} \\ + \ sum _ {nonbonded} \ left (\ epsilon \ left [\ left ({\ frac {R_ {min_ {ij}}) } {r_ {ij}}} \ right) ^ {12} - \ left ({\ frac {R_ {min_ {ij}}} {r_ {ij}}} \ right) ^ {6} \ right] + { \ frac {q_ {i} q_ {j}} {\ epsilon r_ {ij}}} \ right) \ end {align}}}

Связь, угол, двугранный, a Несвязанные термины аналогичны тем, которые можно найти в других силовых полях, таких как AMBER. Силовое поле CHARMM также включает неправильный термин, учитывающий изгиб вне плоскости (который применяется к любому набору из четырех атомов, которые не связаны последовательно), где k ω {\ displaystyle k _ {\ omega}}{\ displaystyle k _ {\ omega}} - силовая постоянная, а ω - ω 0 {\ displaystyle \ omega - \ omega _ {0}}{\ displaystyle \ omega - \ omega _ {0 }} - угол отклонения от плоскости. Термин Ури-Брэдли является перекрестным термином, который учитывает 1,3 несвязанные взаимодействия, не учитываемые условиями связи и угла; k u {\ displaystyle k_ {u}}{\ displaystyle k_ {u}} - силовая постоянная, а u {\ displaystyle u}и - расстояние между 1,3 атомами.

Для ДНК, РНК и липидов используется CHARMM27. Некоторые силовые поля могут быть объединены, например, CHARMM22 и CHARMM27 для моделирования связывания белок-ДНК. Также можно загрузить параметры для НАД +, сахаров, фторированных соединений и т. Д. Эти номера версий силового поля относятся к версии CHARMM, в которой они впервые появились, но, конечно, могут использоваться с последующими версиями исполняемой программы CHARMM. Точно так же эти силовые поля могут использоваться в других программах молекулярной динамики, которые их поддерживают.

В 2009 году было введено общее силовое поле для молекул, подобных лекарству (CGenFF). Он «охватывает широкий спектр химических групп, присутствующих в биомолекулах и молекулах, подобных лекарствам, включая большое количество гетероциклических каркасов». Общее силовое поле предназначено для покрытия любой комбинации химических групп. Это неизбежно приводит к снижению точности представления любого конкретного подкласса молекул. На веб-сайте Mackerell пользователей неоднократно предупреждают не использовать параметры CGenFF для молекул, для которых уже существуют специальные силовые поля (как упоминалось выше для белков, нуклеиновых кислот и т. Д.).

CHARMM также включает поляризуемые силовые поля с использованием двух подходов. Один основан на модели флуктуирующего заряда (FQ), также называемой уравновешиванием заряда (CHEQ). Другой основан на модели оболочки Друде или дисперсионного осциллятора.

Параметры всех этих силовых полей можно бесплатно загрузить с веб-сайта Mackerell.

Молекулярная динамика программа

Программа CHARMM позволяет создавать и анализировать широкий спектр молекулярных симуляций. Самыми основными видами моделирования являются минимизация заданной структуры и производственных циклов траектории молекулярной динамики.

Более продвинутые функции включают возмущение свободной энергии (FEP), оценку квазигармонической энтропии, корреляционный анализ и комбинированный квантовый анализ, а также квантовую механику - молекулярную механику (QM / MM ) методы.

CHARMM - одна из старейших программ молекулярной динамики. В нем накоплено множество функций, некоторые из которых дублируются под несколькими ключевыми словами с небольшими вариантами. Это неизбежный результат многих взглядов и групп, работающих над CHARMM по всему миру. Файл журнала изменений и исходный код CHARMM - хорошие места для поиска имен и аффилированных лиц основных разработчиков. Важны участие и координация группы Чарльза Л. Брукса III в Мичиганском университете.

История программного обеспечения

Примерно в 1969 году возник значительный интерес к разработке функций потенциальной энергии для малых молекул. CHARMM возник в группе Мартина Карплюса в Гарварде. Карплус и его тогдашний аспирант Брюс Гелин решили, что пришло время разработать программу, которая позволила бы взять заданную аминокислотную последовательность и набор координат (например, из рентгеновской структуры) и использовать эту информацию для рассчитать энергию системы как функцию положения атомов. Карплюс признал важность значительного вклада в разработку (в то время безымянной) программы, включая:

В 1980-х, наконец, появилась статья, и CHARMM дебютировал. К тому времени программа Гелина была значительно реструктурирована. Для публикации Боб Брукколери придумал название HARMM (HARvard Macromolecular Mechanics), но оно показалось неуместным. Поэтому они добавили C по химии. Карплус сказал: «Иногда я задаюсь вопросом, послужило ли первоначальное предложение Брукколери полезным предупреждением для неопытных ученых, работающих с программой». CHARMM продолжает расти, и последний выпуск исполняемой программы был выпущен в 2015 году как CHARMM40b2.

Запуск CHARMM под Unix-Linux

Общий синтаксис использования программы:

charmm -i filename.inp -o filename.out

  • charmm- имя программы (или сценария, запускающего программу) в используемой компьютерной системе.
  • filename.inp- текстовый файл, содержащий команды CHARMM. Он начинается с загрузки молекулярных топологий (вверху) и силового поля (пар). Затем загружаются декартовы координаты молекулярных структур (например, из файлов PDB). Затем можно модифицировать молекулы (добавляя атомы водорода, изменяя вторичную структуру). Раздел вычислений может включать в себя минимизацию энергии, создание динамики и инструменты анализа, такие как корреляции движения и энергии.
  • filename.out- файл журнала для запуска CHARMM, содержащий отраженные команды и различные объемы вывода команд. Уровень выходной печати в целом может быть увеличен или уменьшен, а такие процедуры, как минимизация и динамика, имеют спецификации частоты распечатки. Значения температуры, давления энергии и т. Д. Выводятся с этой частотой.

Volunteer computing

Docking @ Home, организованный Университетом Делавэра, один из проектов, использующих открытый исходный код платформа для распределенных вычислений, BOINC, использовала CHARMM для анализа атомных деталей взаимодействий белок-лиганд в терминах моделирования молекулярной динамики (MD) и минимизации.

World Community Grid, спонсируемый IBM, запустил проект под названием The Clean Energy Project, который также использовал CHARMM на первом этапе, который завершился.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-13 10:55:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте