Amber

產品詳情

Amber(Assisted Model Building with Energy Refinement)這個名詞通常涉及兩個產品:一個是一套生物分子模擬的分子立場;另一個是由TSRI&UCSF發布的包含代碼和演示的分子模擬軟件包,由AmberTools和Amber組成,Amber是一個多個程序的集合包,大約包含50多個程序,相互協調工作。

主要的程序有:

sander:Simulated annealing with NMR-derived energy restraints,用來自NMR的能量限制模擬退火。可以基于來自NOE的距離限制和扭轉角限制、基于化學位移和NOESY值的性能損失函數,進行NMR的精細化。Sander也是用于分子動力學模擬的主程序,并且支持QM/MM(量化/動力學)運算。
?????? nmode:使用一階和二階導數信息進行簡正模式分析的程序,用于尋找局域最小值,進行振動分析,尋找過渡態。
?????? LEaP:X-window程序,用于基本模型,AMBER坐標和參數/拓撲文件的創建。它包含分子編輯器,可以創建氨基酸殘基并對大分子進行修飾。
?????? antechamber:該程序套件對大多數有機分子和金屬配位中心自動產生力場描述。它從結構開始(通常是PDB格式),產生LEaP可識別的文件用于分子模擬。要求對蛋白質和核酸產生的力場與通常的Amber力場一致,另外還可以和高斯兼容,生成高斯計算的輸入文件用于量化計算。
?????? ptraj和carnal:用于分析MD軌跡,計算參考結構的RMS偏差,氫鍵分析,時間相關函數,擴散特性,等。
?????? mm_pbsa:腳本,對MD軌跡自動后期處理,用連續溶劑方法進行熱力學分析。它能夠把能量歸屬到不同的氨基酸殘基片斷中去,并估算不同構像之間的自由能量差。
?????? pmemd:這是一個在sander基礎上進行重大修改的程序(最初由Bob Duke發起),用于優化周期性、PME模擬以及GB模擬過程。新版本Pmemd的計算速度要比Sander快,而且更適用于并行。此外,11版新增NVIDIA GPU加速,因此,它通常是一可選程序,除非你需要的選項它不支持。在新版模型中,我們可以理解為:sander是研究新的性質的有效手段,pmemd如同“生產”的代碼,是實現Sander常用的一個行之有效的工具,在高性能環境中表現良好。
?????? ptraj:這是用來分析MD軌跡,計算的各種數據,如:相關結構的均方根偏差,氫鍵分析,時間相關函數,擴散行為等等。


9.0版的新增功能:
????? 力場:新增多種新的力場類型,包括:對已有的f99和ff02蛋白質力場進行的升級,對肽和蛋白質的扭轉參數做了改善;新的聯合原子力場,使用與ff03全原子力場類似的驅動體系;擴充了gaff力場,增加了分子的適用范圍,特別是對共軛體系;支持Ren和Ponder的AMOEBA極化勢;半經驗的價鍵模型,可用于對化學反應構造近似的勢。

QM/MM模擬:QM/MM支持氣相、隱含液相,以及周期邊界條件模擬,體系的QM部分可以來自半經驗方法,如MNDO,AM1,PM3,或PM3/PDDG。與早期版本相比,QM/MM改善了精度、能量收斂及程序的性能。氣相或溶劑層的QM/MM模擬還可以用MNDO/d或SCC-DFTB哈密頓量。對已幾百個原子的大型量子區,可以使用分而治之的線性標度方法,化學位移可以從半經驗波函計算。

廣義Born模型:成對的分子體積校正,對于分子表面Poisson-Boltzmann和顯式溶劑結果的符合程度,比以前的Amber GB模型更好。

升級了Poisson-Boltzmann應用程序,包括:新的非鍵程序;基于顯式溶劑自由能模擬,重新優化的原子空穴半徑;改善了靜電勢顯示選項;以及新的非極化溶劑模型用于直接處理彌散相互作用,可以極大地改善顯式溶劑中非極化溶劑自由能的關聯。

拉皮筋的模擬方法,用于搜索復變換中的近似過渡態。自動導向的Langevin動力學方法可以加速構象搜索。

路徑積分分子動力學模擬,對核運動使用量子動力學而不是牛頓方程,用于簡化平衡正則分布。

用Jarzynski等式,從非平衡“靶向”或“拉伸”模擬估算自由能。

升級了仿形交換方法,包括改善了標準仿形交換代碼,并支持一些新的仿形交換方法,其中使用混合溶劑模型,對顯式溶劑中的大體系可減少所需的仿形數量。

對擴充的程序pmemd在速度和并行標度方面的一般改善,現在包含了廣義Born功能。

sander,pmemd和ptraj現在支持NetCDF二進制軌跡文件。與格式化的軌跡文件相比,二進制軌跡文件更小,精度更高,讀寫速度更快。NetCDF為文件可移植性提供了交叉結構,允許格式向下兼容,并使文件自說明。VMD1.8.4支持此文件格式。


10.0版的新增功能:
????? 力場:多種新的力場類型,包括新的水及離子模型;更新了核酸和碳水化合物的參數;并行支持AMOEBA極化勢;改善了經驗價鍵模型,可用于構造化學反應的近似勢。

QM/MM模擬:可以在周期溶劑箱中或用廣義Born溶劑模型進行DFTB計算;代碼更快并實現并行化。

自適應偏置模擬可用于加速取樣和自由能的收斂。

路徑積分分子動力學模擬,對核運動使用量子動力學而不是牛頓方程來進行平衡正則分布取樣。通過對質量的熱動力學積分,可以估計平衡同位素效應和和動態同位素效應。用量子瞬時模型估算速率常數,可以用環形聚合物MD或中心MD方法計算近似的量子時間關聯函數。

在ptraj中提供了一套新的構型聚合工具。

新的自由能工具可以簡化蛋白質突變的設置,可進行單、雙拓撲。軟芯勢工具可用于有原子出現或消失的取樣,不用創建虛原子。

更新了復制交換方法,包括:改善標準的復制交換代碼,支持非波爾茲曼熱庫的交換方法;使用雜化溶劑模型減少溶劑中大體系所需的復制數量。

顯著改善了擴展pmemd程序的速度和并行標度,現在包含了廣義Born熱容,支持偏中心電荷(與在TIP4P或TIP5P中相同)。

完全包含了低模式(LMOD)搜索工具,它基于低頻簡正模式。


11.0版的新增功能:
????? 力場:支持大部分CHARMM的固定電荷立場,包括CMAP扭轉勢能。此外,GAFF得到了更新,使普通的Amber立場適用于有機分子。

一種新的生成溶劑化模型的參數化方法,可用于多肽和蛋白質的優化。

擴展用于Poisson-Boltzmann溶劑化數值計算的選項。

基于Kovalenko-Hirata以及其他的相關近似,可采用3D-RISM積分模型評估溶劑化影響。

新整合了Chimra可視化程序和UCSF DOCK程序。

自由能計算方法通過改變哈密爾頓模型使之簡化,同時包括原子的更好呈現和隱藏。

Amber 11包含了一個新的彈性鍵模型工具,目的是找出構象變化過程中低能路徑,它只用于體系的某一部分或者在確切的溶劑模擬過程中。

更新了恒定PH模擬腳本和MMPB/SA自由能計算腳本。

新增了各向同性總和模型的“極性”版本,以及IPS-DFFT接口。

cards 進行 pmemd 動力學模擬的速度要比傳統的 CPU 的快很多


14.0版本新增功能
????? AMBER14主要對GPU部分代碼進行了大量的優化,使其性能與AMBER12相比,提升了近30%;

在GPU版本中引入了混合固定精度模型,支持幾塊GPU卡之間的點對點通信,大幅提高了其并行效率;

在GPU版本中新增了基于溫度和哈密頓的副本互換算法;

在GPU版本中新增了蒙特卡洛恒壓算法(Monte Carlo barostat)使得NPT的模擬性能接近于NVT;

在GPU版本中新增支持ScaledMD模擬,Jarzynski取樣,等pH值的顯性水模擬,可以使用NMR的結構限制功能;

對GBSA計算及其他AMBER12中出現的故障和錯誤進行了修訂。


18新功能
????? Ambertools18于2018年4月17日發布,主要包括如下程序功能:
????? NAB/SFF:主要用于構建分子,進行MD模擬及在進行GB,PB或3D-RISM隱性溶劑模擬時使用距離幾何限制;
????? antechamber和MCPB用于有機小分子或含金屬離子的分子力場構建;
????? tleap和parmed:用于產生amber MD模擬所需的力場及坐標文件;
????? sqm: 半經驗及DFTB量子力學模擬程序;
????? pbsa: 求解Poisson-Boltzmann方程,獲得溶劑化能;
????? 3D-RISM:求解溶劑化過程,并可預測蛋白表面溶劑位置;
????? sander: 主要的MD模擬程序
????? cpptraj和pytraj主要的MD分析程序
????? MMPBSA.py和amberlite: MD 軌跡能量分析工具。


????? 18中增加的新功能
????? pbsa計算目前支持GPU
????? 支持等pH模擬的λ-dynamics方法
????? 新的構建磷脂膜的工具packmol_memgen
????? sander中增加新的積分算法(middle)可支持更長時間步長
????? 使用新的基于cmake的編譯工具
????? 對cpptraj軟件進行優化和擴展,如可以獲得PME模擬所得的某一幀構象的能量,提高速度


????? Amber18最主要的優化是在pmemd程序上,尤其是對其GPU版本,速度上有了非常大的提高。新功能包括:
????? GPU支持下的TI和FEP自由能計算;
????? GPU支持12-6-4離子勢能;
????? CPU版本目前支持區域劃分的并行策略,大大提高速度;
????? GPU支持Nudged elastic band方法的計算;
????? GPU支持等pH模擬;
????? 對新型的GPU卡如Maxwell, Pascal 和Volta?等優化,親測,速度與16相比快很多;
????? 提供新的支持可極化立場amoeba的新程序pmemd.gem.


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