Amber

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最新版本: 
16.0
评分: 
5

简介  
Amber是程序套件集合的名称,用于分子(特别是生物分子)的动力学模拟,并不是哪个具体的程序叫这个名称,而是很好地协调工作的各个程序部分一起提供了一个强大的理论框架,用于多种通用计算。AMBER提供两部分内容:用于模拟生物分子的一组分子力学力场(无版权限制,也用于其它一些模拟程序中);分子模拟程序软件包,包含源代码和演示。

功能  
发布版包含了大约60个程序,它们相当好地协调工作。主要的程序有:
sander:用来自NMR的能量限制模拟退火。可以基于来自NOE的距离限制和扭转角限制、基于化学位移和NOESY值的性能损失函数,进行NMR的精细化。Sander也是用于分子动力学模拟的主程序。
gibbs:程序包含自由能微扰(FEP)和热动力学积分(TI),还允许平均力势(PMF)的计算。
roar:进行QM/MM计算,“真正的”Ewald模拟,以及备用的分子动力学积分程序。
nmode:使用一阶和二阶导数信息进行简正模式分析的程序,用于寻找局域最小值,进行振动分析,寻找过渡态。
LEaP:X-window程序,用于基本模型,AMBER坐标和参数/拓扑文件的创建。它包含分子编辑器,可以创建基团和操作分子。
antechamber:该程序套件对大多数有机分子自动产生力场描述。它从结构开始(通常是PDB格式),产生LEaP可识别的文件用于分子模拟。要求对蛋白质和核酸产生的力场与通常的Amber力场一致。
ptraj和carnal:用于分析MD轨迹,计算参考结构的RMS偏差,氢键分析,时间相关函数,扩散特性,等。
mm_pbsa:脚本,对MD轨迹自动后期处理,用连续溶剂方法进行热力学分析。它能够把能量归属到不同的基团片断中去,并估算不同构像之间的自由能量差。
8.0版的新功能:
1. 力场。加入四个新力场:基于连续溶剂环境量子计算,重新参数化的全部原子蛋白质力场(ff03);对分子的应用范围作了大幅扩充的普通Amber力场(gaff)适用于共轭体系;新版的多糖力场(glycam04);以及QM/MM工具,体系的一部分可以使用半经验方法(如AM1,PM3)得到的能量和力。
2. 广义Born (GB)模型。新参数化后的Amber 8提高了Poisson-Boltzmann结果的精度,计算更快。GB模型可以使用局部增强取样(LES)方法,以及执行恒定pH模拟。Langevin动力学可以模拟溶剂摩擦的影响。
3. 溶剂模拟。可以用考虑长程静电影响的Poisson-Boltzmann反应场模型进行非周期性模拟。溶剂的周期性计算较前一版本更快,在并行环境下标度更好。
4. 取样与自由能计算:支持副本交换(或“多正则”)模拟,对模拟平均场的势和热力学整体自由能的方法进行改善。
5. 连接到其它程序。Amber可以使用MD-GRAPE硬件,可以连接到Istvan Kolossváry的LMOD方法用于对接和构象分析。Amber组件还可以包含半经验量子计算和有限差分Poisson-Boltzmann计算程序。

9.0版的新增功能:
1. 力场:多种新的力场类型,包括:对已有的f99和ff02蛋白质力场进行的升级,对肽和蛋白质的扭转参数做了改善;新的联合原子力场,使用与ff03全原子力场类似的驱动体系;扩充了gaff力场,增加了分子的适用范围,特别是对共轭体系;支持Ren和Ponder的AMOEBA极化势;半经验的价键模型,可用于对化学反应构造近似的势。
2. QM/MM模拟:QM/MM支持气相、隐含液相,以及周期边界条件模拟,体系的QM部分可以来自半经验方法,如MNDO,AM1,PM3,或PM3/PDDG。与早期版本相比,QM/MM改善了精度、能量收敛及程序的性能。气相或溶剂层的QM/MM模拟还可以用MNDO/d或SCC-DFTB哈密顿量。对已几百个原子的大型量子区,可以使用分而治之的线性标度方法,化学位移可以从半经验波函计算。
3. 广义Born模型:成对的分子体积校正,对于分子表面Poisson-Boltzmann和显式溶剂结果的符合程度,比以前的Amber GB模型更好。
4. 升级了Poisson-Boltzmann应用程序,包括:新的非键程序;基于显式溶剂自由能模拟,重新优化的原子空穴半径;改善了静电势显示选项;以及新的非极化溶剂模型用于直接处理弥散相互作用,可以极大地改善显式溶剂中非极化溶剂自由能的关联。
5. 拉皮筋的模拟方法,用于搜索复变换中的近似过渡态。自动导向的Langevin动力学方法可以加速构象搜索。
6. 路径积分分子动力学模拟,对核运动使用量子动力学而不是牛顿方程,用于简化平衡正则分布。
7. 用Jarzynski等式,从非平衡“靶向”或“拉伸”模拟估算自由能。
8. 升级了仿形交换方法,包括改善了标准仿形交换代码,并支持一些新的仿形交换方法,其中使用混合溶剂模型,对显式溶剂中的大体系可减少所需的仿形数量。
9. 对扩充的程序pmemd在速度和并行标度方面的一般改善,现在包含了广义Born功能。
10.sander,pmemd和ptraj现在支持NetCDF二进制轨迹文件。与格式化的轨迹文件相比,二进制轨迹文件更小,精度更高,读写速度更快。NetCDF为文件可移植性提供了交叉结构,允许格式向下兼容,并使文件自说明。VMD 1.8.4支持此文件格式。

10.0版的新增功能:
1. 力场:多种新的力场类型,包括新的水及离子模型;更新了核酸和碳水化合物的参数;并行支持AMOEBA极化势;改善了经验价键模型,可用于构造化学反应的近似势。
2. QM/MM模拟:可以在周期溶剂箱中或用广义Born溶剂模型进行DFTB计算;代码更快并实现并行化。
3. 自适应偏置模拟可用于加速取样和自由能的收敛。
4. 路径积分分子动力学模拟,对核运动使用量子动力学而不是牛顿方程来进行平衡正则分布取样。通过对质量的热动力学积分,可以估计平衡同位素效应和和动态同位素效应。用量子瞬时模型估算速率常数,可以用环形聚合物MD或中心MD方法计算近似的量子时间关联函数。
5. 在ptraj中提供了一套新的构型聚合工具。
6. 新的自由能工具可以简化蛋白质突变的设置,可进行单、双拓扑。软芯势工具可用于有原子出现或消失的取样,不用创建虚原子。
7. 更新了复制交换方法,包括:改善标准的复制交换代码,支持非波尔兹曼热库的交换方法;使用杂化溶剂模型减少溶剂中大体系所需的复制数量。
8. 显著改善了扩展pmemd程序的速度和并行标度,现在包含了广义Born热容,支持偏中心电荷(与在TIP4P或TIP5P中相同)。
9. 完全包含了低模式(LMOD)搜索工具,它基于低频简正模式。

11.0版的新增功能:
1. 力场:支持大多数CHARMM固定电荷力场,包括带有CMAP扭转势的力场。此外还有升级版的GAFF——用于有机分子的Amber力场。
2. 新参数化的广义Born溶剂化模型,对肽类和蛋白质做了优化。
3. 用于数值Poisson-Boltzmann溶剂化计算的扩展选项。
4. 通过Kovalenko-Hirata(及其它)封闭近似,用3D-RISM积分方程模型估计溶剂化效应。
5. 改善了与Chimera显示程序及UCSF DOCK程序的集成。
6. 在改变哈密顿量模型的自由能计算中,使用了简化方法,包括原子出现和消失的更佳流程。
7. Amber 11包含了新的拉橡皮筋模型,用于搜索构象迁移的低能路径。它只能用于体系的一部分,或者直接的溶剂模拟中。
8. 升级版的脚本用于pH常数模拟和MMPB/SA自由能计算。
9. 加入极性版的各向同性周期求和模型,以及相应的IPS-DFFT。
10.用pmemd的MD模拟可以利用NVIDIA GPU卡,与传统CPU代码相比可以获得显著的加速。
 

12.0版的新增功能:
1. 力场:新的固定电荷蛋白质力场ff12SB;增强了对极化势的支持;新的模块化油脂力场Lipid11
2. 数值Poisson-Boltzmann溶剂计算增加新选项,包括膜和周期体系的模块
3. 增强的3D-RISM积分方程模型,使用Kovalenko-Hirata闭合近似可以更好地处理水电解质
4. 改进了自导向Langevin动力学和加速分子动力学的思路,可以改进沿着软自由度方向的取样
5. 简化了安装和自动升级
6. 半经验量子力学计算可以使用含d轨道的哈密顿模型,如AM1/d和PM6
7. QM/MM到各种外部量子化学程序和量子模型类型的接口
8. pmemd大量功能支持GPU
9. 增强的方法用于改变哈密顿模型的自由能计算
10.新的工具可以用电子密度图作为限制,以及使用刚性(或部分灵活的)基团