|
Программа Hmod3dMM предназначена для проведения молекулярно- механических расчетов с использованием AMBER force field.
Hmod3dMM позволяет решать задачи
1) оптимизации геометрии
системы
2) вычисления
относительных энергий равновесных структур различных молекул
3) удаления стерических
напряжений (large forces on atoms) при подготовке системы для вычислений по
молекулярной динамике.
В программе реализованы
алгоритмы поиска координат, которые обеспечивают минимум потенциальной энергии
системы.
Программа работает с
обоими типами united- и all-atom representations of carbon atoms, для которых
параметризованы AMBER force field.
Hmod3Dmm FORCE FIELD
Силовые поля в
молекулярной механике основываются на функциях классической механики.
Предполагается, что с их помощью могут быть вычислены потенциальные поверхности
и смоделированы физические свойства молекул. Молекулы рассматриваются как набор
атомов, взаимодействия между которыми могут быть описаны простыми
потенциальными функциями. Например, в большинстве силовых полей одна из
компонент описывает энергию сжатия и растяжения связи между двумя атомами.
Обычно для оценки такой энергии используется закон Гука. Атомы рассматриваются
как некоторые массы, связанные между собой пружинками.
Общая энергия силового
поля молекулы в молекулярной механике определяется суммой потенциальных энергий
отдельных компонент таких как связи, углы и электростатические потенциалы.
E total = El + E2 + ... + En
В свою очередь, энергии
силовых полей отдельных компонент являются функциями отклонений молекулы от
некоего равновесного состояния для данных компонент.
Пакет Hmod3Dmm использует силовое поле AMBER для вычислений молекулярной механики. Силовое поле AMBER наиболее хорошо разработано для моделирования
макромолекулярных систем таких, как пептиды, белки и нуклеиновые кислоты.
Изначально это силовое поле разрабатывалось на основе концепции united-atoms для ускорения молекулярно механических расчетов, проводимых с
макромолекулами. В таком силовом поле все атомы, входящие в methyl, methylene, или methine группы объединялись в
псевдоатомы. Таким образом, движения водородов в этих группах явно не
учитывались. Однако, было показано, что united-atom force field, построенное для белков
и нуклеиновых кислот адекватно моделирует структуру и свойства этих биомолекул.
Вскоре силовое поле было расширено для явного учета всех атомов в молекуле.
Было разработано так называемое all-atom force field.
МИНИМИЗАЦИЯ
Для минимизации в Hmod3Dmm реализован conjugate-gradient метод. The conjugate-gradient метод является
минимизатором (minimizer) первого порядка. В
этом методе в процессе минимизации рассчитываются текущий градиент, а также
используется направление предыдущего поиска.
WEB ВЕРСИЯ Hmod3Dmm
В текущей WEB версии программы
входными данными являются PDB файл с координатами атомов белка. Имеется
возможность считывания координат из файла или из базы данных PDB. Для проведения
расчетов необходимо указать идентификатор цепи, который приведен в файле PDB.
Программа автоматически готовит файл топологии молекулы, содержащий AMBER forcefieldparameters. Этот файл топологии используется программой для дальнейших расчетов по molecular mechanical minimization. Для создания файла топологии молекулы используется стандартная AMBERequilibrium bond lengths, angles, dihedral angles и their forceconstants и the non-bonded 6-12 parameters and H-bond 10-12 parameters используется AMBER файл параметров. и/или пользовательская база данных топологии отдельно взятых остатков.
В текущей WEB версии Hmod3Dmm моделирование
осуществляется in vacuo.
Минимизация останавливается после 50 итераций.
Выходными данными являются координаты атомов
белковой цепи после минимизации в PDBформате.
Пример вывода.
HEADER SoftBerry molecular mechanic Ver. 1.0 REMARK 1 REMARK 1 Charge modification is NOT performed. REMARK 1 NO periodic boundaries are applied. REMARK 1 Non-bonded interactions evaluated normally. REMARK 1 Energy is reported in Kcal/mol REMARK 1 Complete interaction is calculated. REMARK 1 NB pairlist generated in residue-residue basis. REMARK 1 No pair list will be generated. REMARK 1 NB list updated every 10 steps. REMARK 1 Buffer region updates every 1 steps. REMARK 1 Constant dielectric function used. REMARK 1 Solvent pointer = 142. REMARK 1 No water model chosen. REMARK 1 NB cutoff distance = 8.0000 Angstroms. REMARK 1 1,4 non-bonds divided by 2.0000. REMARK 1 1,4 electrostatics divided by 2.0000. REMARK 1 The dielectric constant = 1.0000. REMARK 1 The buffer cutoff is 8.00000 Angstroms. REMARK 1 CAP Option is inactivated. REMARK 1 REMARK 1 The number of degrees of freedom = 6426. REMARK 1 INITIAL CONDITIONS OF SYSTEM: REMARK 1 REMARK 1 Potential Energy = -4643.602515 REMARK 1 Non-bond = -784.604532 REMARK 1 H-bond = 0.000000 REMARK 1 Electrostatic = -10490.096084 REMARK 1 Bond = 183.712294 REMARK 1 Angle = 715.484007 REMARK 1 Dihedral = 557.877658 REMARK 1 1,4 Non-bonded = 721.197306 REMARK 1 1,4 Electrostatic= 4452.826836 REMARK 1 REMARK 1 MINIMIZATION TERMINATED : Exceeded maximum number of cycles REMARK 1 Number of function calls 102 REMARK 1 Number of iterations 50 REMARK 1 REMARK 1 Potential Energy = -6031.148428 REMARK 1 Non-bond = -1078.280106 REMARK 1 H-bond = 0.000000 REMARK 1 Electrostatic = -10870.756945 REMARK 1 Bond = 38.980831 REMARK 1 Angle = 364.506930 REMARK 1 Dihedral = 569.815489 REMARK 1 1,4 Non-bonded = 499.520121 REMARK 1 1,4 Electrostatic= 4445.065252 REMARK 1 ATOM 1 N VAL 1 7.357 18.204 5.000 0.058 0.00 ATOM 2 H1 VAL 1 7.744 18.600 5.855 0.227 0.00 ATOM 3 H2 VAL 1 6.358 18.336 4.957 0.227 0.00 ATOM 4 H3 VAL 1 7.576 17.220 4.974 0.227 0.00 ATOM 5 CA VAL 1 7.948 18.857 3.812 -0.005 0.00 ATOM 6 HA VAL 1 7.513 18.373 2.927 0.109 0.00 ATOM 7 CB VAL 1 7.562 20.374 3.761 0.320 0.00 ATOM 8 HB VAL 1 8.205 20.922 4.460 -0.022 0.00 ATOM 9 CG1 VAL 1 7.734 20.963 2.351 -0.313 0.00 ATOM 10 HG1 VAL 1 7.200 20.370 1.614 0.073 0.00 ATOM 11 HG1 VAL 1 7.348 21.971 2.334 0.073 0.00 ATOM 12 HG1 VAL 1 8.777 21.031 2.074 0.073 0.00 ATOM 13 CG2 VAL 1 6.091 20.612 4.182 -0.313 0.00 ATOM 14 HG2 VAL 1 5.914 20.395 5.230 0.073 0.00 ATOM 15 HG2 VAL 1 5.837 21.655 4.045 0.073 0.00 ATOM 16 HG2 VAL 1 5.401 20.033 3.576 0.073 0.00 ATOM 17 C VAL 1 9.470 18.591 3.816 0.616 0.00 ATOM 18 O VAL 1 9.994 18.012 4.791 -0.572 0.00 ATOM 19 N LEU 2 10.152 18.988 2.739 -0.416 0.00 ATOM 20 H LEU 2 9.702 19.420 1.936 0.272 0.00 ATOM 21 CA LEU 2 11.603 19.008 2.683 -0.052 0.00 ATOM 22 HA LEU 2 11.983 18.097 3.120 0.092 0.00 ATOM 23 CB LEU 2 12.095 19.097 1.232 -0.110 0.00 ATOM 24 HB2 LEU 2 11.708 20.020 0.810 0.046 0.00
…..
…..
…..
ATOM
2114 CD2 TYR 140
-4.256 9.053 -10.416 -0.191
0.00
ATOM
2115 HD2 TYR 140
-5.071 8.446 -10.050 0.170
0.00
ATOM
2116 C TYR
140 -7.480 12.287 -10.110 0.597
0.00
ATOM
2117 O TYR
140 -8.121
11.618 -10.920 -0.568 0.00
ATOM
2118 N ARG 141
-8.048 12.955 -9.114
-0.348 0.00
ATOM
2119 H ARG
141 -7.526 13.520
-8.446 0.276 0.00
ATOM
2120 CA ARG
141 -9.462 13.123
-8.845 -0.307 0.00
ATOM 2121 HA
ARG 141 -9.978
13.465 -9.741 0.145
0.00
ATOM
2122 CB ARG
141 -10.109 11.835
-8.298 -0.037 0.00
ATOM
2123 HB2 ARG 141
-11.111 12.088 -7.947
0.037 0.00
ATOM
2124 HB3 ARG 141
-10.206 11.103 -9.099
0.037 0.00
ATOM
2125 CG ARG
141 -9.316 11.209
-7.137 0.074 0.00
ATOM
2126 HG2 ARG 141
-8.389 10.775 -7.516
0.018 0.00
ATOM
2127 HG3 ARG 141
-9.057 11.977 -6.410
0.018 0.00
ATOM
2128 CD ARG
141 -10.113 10.122
-6.411 0.111 0.00
ATOM
2129 HD2 ARG 141
-11.122 10.491 -6.222
0.047 0.00
ATOM
2130 HD3 ARG 141
-10.167 9.231 -7.040
0.047 0.00
ATOM
2131 NE ARG 141
-9.476 9.806 -5.122
-0.556 0.00
ATOM
2132 HE ARG
141 -8.628 10.338
-4.986 0.348 0.00
ATOM
2133 CZ ARG
141 -9.989 9.061
-4.137 0.837 0.00
ATOM
2134 NH1 ARG 141
-11.125 8.390 -4.322
-0.874 0.00
ATOM
2135 HH1 ARG 141
-11.567 7.834 -3.606
0.449 0.00
ATOM
2136 HH1 ARG 141
-11.600 8.467 -5.211
0.449 0.00
ATOM
2137 NH2 ARG 141
-9.357 8.998 -2.966
-0.874 0.00
ATOM
2138 HH2 ARG 141
-9.719 8.469 -2.187
0.449 0.00
ATOM
2139 HH2 ARG 141
-8.518 9.540 -2.806
0.449 0.00
ATOM
2140 C ARG
141 -9.530 14.235
-7.814 0.856 0.00
ATOM 2141
O ARG 141
-8.516 14.373 -7.084
-0.826 0.00
ATOM 2142
OXT ARG 141 -10.586
14.879 -7.753 -0.826
0.00
|
