ОЧАРОВАНИЕ - CHARMM

ОЧАРОВАНИЕ
Разработчики) Мартин Карплюс , Accelrys
Первый выпуск 1983 ; 38 лет назад ( 1983 )
Стабильный выпуск
c45b1 / c45b2 / 2020 ; 1 год назад ( 2020 )
Предварительный выпуск
c46a1 / c46a2 / 2020 ; 1 год назад ( 2020 )
Написано в ФОРТРАН 77-95, CUDA
Операционная система Unix-подобные : Linux , macOS , AIX , iOS
Платформа x86 , ARM , графический процессор Nvidia ; Cray XT4 , XT5
Доступно в английский
Тип Молекулярная динамика
Лицензия Проприетарный
Веб-сайт www .academiccharmm .org

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

Силовые поля

Силовые поля CHARMM для белков включают: объединенный атом (иногда называемый расширенным атомом ) CHARMM19, полностью атомный CHARMM22 и его вариант с поправкой на двугранный потенциал CHARMM22 / CMAP, а также более поздние версии CHARMM27 и CHARMM36 и различные модификации, такие как CHARMM36m и CHARMM36IDPSFF. 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 его часто используют 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:

Связь, угол, двугранность и несвязанные члены аналогичны тем, которые встречаются 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 - силовая постоянная, а - угол отклонения от плоскости. Термин Ури-Брэдли - это перекрестный термин, который учитывает 1,3 несвязанные взаимодействия, не учитываемые условиями связи и угла; - силовая постоянная 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 могут быть загружены 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 лекарствам (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.

Программа молекулярной динамики

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 в себя свободную энергию возмущения (FEP), оценка энтропии квазигармоническое, корреляционный анализ и комбинированных квант и квантовой механики - молекулярной механики ( КМ / ММ ) 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, в хорошие места , чтобы искать имена и принадлежности основных разработчиков. Участие и координация со стороны Charles L. Brooks III группы «s в Университете штата Мичиган является заметным.

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. Карплюс 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. Karplus признал важность значительного вклада в разработку (в то время безымянной) программы, в том числе:

  • Группа Шнейора Лифсона в Институте Вейцмана, особенно из Арие Варшеля, который поехал в Гарвард и принес с собой свою программу согласованного силового поля ( CFF ).
  • Группа Гарольда Шераги в Корнельском университете
  • Осведомленность о новаторских расчетах энергии белков Майклом Левиттом

В 1980-х, наконец, появилась газета, и CHARMM дебютировал на публике. 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. Карплюс сказал: « Иногда я задаюсь вопросом, послужило ли первоначальное предложение Брукколери полезным предупреждением неопытным ученым, работающим с программой». CHARMM продолжал расти, и последняя версия исполняемой программы была выпущена в 2015 году под названием 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 (номинал). 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, производство динамики и инструменты анализа, такие как корреляции движения и энергии.
  • filename.out- Файл журнала для запуска CHARMM, содержащий повторяющиеся команды и различный объем вывода команд. Уровень выходной печати может быть увеличен или уменьшен в целом, а такие процедуры, как минимизация и динамика, имеют спецификации частоты распечатки. Значения температуры, энергетического давления и т. Д. Выводятся с этой частотой.

Волонтерские вычисления

Docking @ Home , организованный Университетом Делавэра, один из проектов, использующих платформу с открытым исходным кодом для распределенных вычислений , BOINC , использовал CHARMM для анализа атомных деталей взаимодействий белок-лиганд с точки зрения моделирования молекулярной динамики (МД) и минимизации.

World Community Grid , спонсируемый IBM, запустил проект под названием The Clean Energy Project, который также использовал CHARMM на своей первой завершенной фазе.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки