2019 Amber Reference Manual

960 Pages·2017·10.67 MB·English

Amber 2019
Reference Manual
(Covers Amber18 and AmberTools19)
Principal contributors to the current codes:
DavidA.Case(Rutgers) YandongHuang(Maryland)
RossC.Walker(UCSD,GSK) CharlesLin(UCSD)
ThomasE.CheathamIII(Utah) DanielJ.Mermelstein(UCSD)
CarlosSimmerling(StonyBrook) PengfeiLi(Yale)
AdrianRoitberg(Florida) AlexeyOnufriev(VirginiaTech)
KennethM.Merz(MichiganState) YeyueXiong(VirginiaTech)
RayLuo(UCIrvine) SaeedIzadi(VirginiaTech,Genentech)
TomDarden(OpenEye) RomainM.Wolf(Novartis)
JunmeiWang(Pitt) XiongwuWu(NIH)
RobertE.Duke(UNT) HolgerGohlke(Düsseldorf)
DanielR.Roe(Utah,NIH) StephanSchott-Verdugo(Düsseldorf)
ScottLeGrand(Amazon) NadineHomeyer(Düsseldorf)
RuxiQi(UCIrvine)
JasonSwails(Lutron)
LiXiao(UCIrvine)
AndreasW.Götz(UCSD)
HaixinWei(UCIrvine)
JamieSmith(UCSD)
D’ArtagnanGreene(UCIrvine)
DavidCerutti(Rutgers)
TaisungLee(Rutgers)
ScottR.Brozell(Rutgers)
TimGeise(Rutgers)
TylerLuchko(CSUNorthridge)
GeorgeGiambasu(Rutgers)
LeightonWilson(Michigan)
DarrinYork(Rutgers)
RobertKrasny(Michigan)
JianLiu(PekingUniv.)
VietMan(Pitt)
HaiNguyen(StonyBrook,Rutgers)
ViníciusWilianD.Cruzeiro(Florida)
AndriyKovalenko(NINT)
DelaramGhoreishi(Florida)
MikeGilson(UCSD)
GéraldMonard(U.Lorraine)
IdoBen-Shalom(UCSD)
CelesteSagui(NCSU)
CrystalNguyen(UCSD))
FengPan(NCSU)
TomKurtzman(CUNY)
G.AndrésCisneros(UNT)
PeterA.Kollman(UCSanFrancisco)
YinglongMiao(Kansas)
JanaShen(Maryland)
RobertHarris(Maryland)
Formoreinformation,pleasevisithttp://ambermd.org/contributors.html
3
Acknowledgments
Research support from DARPA, NIH, ONR, DOE and NSF is gratefully acknowledged, along with support
from NVIDIA, Amazon and Exxact. Many people helped add features to various codes; these contributions are
describedinthedocumentationfortheindividualprograms;seealsohttp://ambermd.org/contributors.html.
RecommendedCitation:
• WhencitingAmber2019(comprisedofAmberTools19andAmber18)intheliterature,thefollowingcitation
shouldbeused:
D.A.Case,I.Y.Ben-Shalom,S.R.Brozell,D.S.Cerutti,T.E.Cheatham,III,V.W.D.Cruzeiro,T.A.Darden,
R.E.Duke,D.Ghoreishi,G.Giambasu,T.Giese,M.K.Gilson,H.Gohlke,A.W.Goetz,D.Greene,RHarris,
N.Homeyer,Y.Huang,S.Izadi,A.Kovalenko,R.Krasny,T.Kurtzman,T.S.Lee,S.LeGrand,P.Li,C.Lin,
J. Liu, T. Luchko, R. Luo, V. Man, D.J. Mermelstein, K.M. Merz, Y. Miao, G. Monard, C. Nguyen, H.
Nguyen, A. Onufriev, F. Pan, R. Qi, D.R. Roe, A. Roitberg, C. Sagui, S. Schott-Verdugo, J. Shen, C.L.
Simmerling,J.Smith,J.Swails,R.C.Walker,J.Wang,H.Wei,L.Wilson,R.M.Wolf,X.Wu,L.Xiao,Y.
Xiong,D.M.YorkandP.A.Kollman(2019),AMBER2019,UniversityofCalifornia,SanFrancisco.
PeterKollmandiedunexpectedlyinMay,2001. WededicateAmbertohismemory.
Notes
• WethankChrisBaylyandMerck-Frosst,CanadaforpermissiontoincludechargeincrementsfortheAM1-
BCCchargescheme.
• SomeoftheforcefieldroutinesinNABwereadaptedfromsimilarroutinesintheMOILprogrampackage:
R.Elber,A.Roitberg,C.Simmerling,R.Goldstein,H.Li,G.Verkhivker,C.Keasar,J.ZhangandA.Ulitsky,
"MOIL:Aprogramforsimulationsofmacromolecules"Comp. Phys. Commun. 91,159-189(1995).
Cover illustration: Human Ribonucleotide Reductase (HRR) a main enzyme involved in DNA synthesis and a
fundamentaltargetforcancertreatment. HRRcanexistasadimerwhichhexamerizestoboostorinhibitactivity.
Intheimagethesolvatedhexamerisportrayedformedbythreedimersthatarecoloreddifferently. Currentstudies
byPilarButelerandAdrianRoitbergaimtoelucidatethecomplexmechanisminwhichthedimershexamerizeto
controlactivity. FigurebyMariadelPilarButeler.
4
Contents
Contents 5
I. IntroductionandInstallation 13
1. Introduction 15
1.1. InformationflowinAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2. Listofprograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2. Installation 23
2.1. Installfrombinarydistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2. Uninstallingandcleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3. PythoninAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4. ApplyingUpdates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5. Buildingwithcmake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6. Contactingthedevelopers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
II. Amberforcefields 31
3. Molecularmechanicsforcefields 33
3.1. Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2. Nucleicacids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3. Carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4. Lipids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5. Solvents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6. Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.7. Modifiedaminoacidsandnucleotides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8. Forcefieldsrelatedtosemi-empiricalQM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.9. TheGAL17forcefieldforwateroverplatinum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.10.Obsoleteforcefieldfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4. TheGeneralizedBorn/SurfaceAreaModel 59
4.1. GB/SAinputparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2. ALPB(AnalyticalLinearizedPoisson-Boltzmann) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5. GBNSR6 66
5.1. GBequationsavailableingbnsr6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.2. NumericalimplementationoftheR6integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6. PBSA 70
6.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2. Usageandkeywords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.3. Exampleinputsanddemonstrationsoffunctionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.4. Visualizationfunctionsinpbsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5
CONTENTS
6.5. pbsainsanderandNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.6. GPUacceleratedpbsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7. ReferenceInteractionSiteModel 97
7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.2. PracticalConsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.3. WorkFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.4. rism1d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.5. 3D-RISMinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
7.6. rism3d.snglpnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.7. 3D-RISMinsander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.8. RISMFileFormats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8. EmpiricalValenceBond 132
8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
8.2. Generalusagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.3. Biasedsampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
8.4. Quantizationofnucleardegreesoffreedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.5. DistributedGaussianEVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.6. EVBinputvariablesandinterdependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
9. sqm: Semi-empiricalquantumchemistry 145
9.1. AvailableHamiltonians . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
9.2. Dispersionandhydrogenbondcorrection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
9.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.QM/MMcalculations 154
10.1.Built-insemiempiricalNDDOmethodsandSCC-DFTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.2.InterfaceforabinitioandDFTmethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.3.AdaptivesolventQM/MMsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
10.4.Adaptivebufferedforce-mixingQM/MM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.5.SEBOMD:SemiEmpiricalBorn-OppenheimerMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 192
11.paramfit 197
11.1.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
11.2.TheJobControlFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
11.3.Multiplemoleculefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.4.FittingForces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.5.Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
III. Systempreparation 208
12.PreparingPDBFiles 210
12.1.CleaningupProteinPDBFilesforAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
12.2.Residuenamingconventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
12.3.Chains,ResidueNumbering,MissingResidues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
12.4.pdb4amber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
12.5.reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
12.6.packmol-memgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
12.7.BuildingbilayersystemswithAMBAT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
6
CONTENTS
13.LEaP 219
13.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
13.2.Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
13.3.RunningLEaP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
13.4.BasicinstructionsforusingLEaPtobuildmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
13.5.ErrorHandlingandReporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
13.6.Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
13.7.Buildingoligosaccharides,lipidsandglycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
14.ReadingandmodifyingAmberparameterfiles 255
14.1.UnderstandingAmberparameterfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
14.2.ParmEd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
15.AntechamberandGAFF 291
15.1.Principalprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
15.2.Asimpleexampleforantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
15.3.Usingthecomponents.ciffilefromthePDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
15.4.Programscalledbyantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
15.5.Miscellaneousprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
15.6.NewDevelopmentofAntechamberAndGAFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
15.7.MetalCenterParameterBuilder(MCPB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
15.8.PythonMetalSiteModelingToolbox(pyMSMT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
16.Settingupcrystalsimulations 323
16.1.UnitCell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
16.2.PropPDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
16.3.AddToBox. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
16.4.ChBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
IV. Runningsimulations 326
17.sander 328
17.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
17.2.Fileusage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
17.3.Exampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
17.4.NamelistInputSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
17.5.Overviewoftheinformationintheinputfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
17.6.Generalminimizationanddynamicsparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
17.7.Potentialfunctionparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
17.8.Varyingconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
17.9.Fileredirectioncommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
17.10.Gettingdebugginginformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
17.11.multisander(andmultipmemd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
17.12.APBSasanalternatePBsolverinSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
17.13.Programmer’sCorner: ThesanderAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
18.pmemd 390
18.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
18.2.Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
18.3.PMEMD-specificnamelistvariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
18.4.Slightlychangedfunctionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
18.5.Parallelperformancetuningandhints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
7
CONTENTS
18.6.GPUAcceleratedPMEMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
18.7.Intel®ManyIntegratedCoreArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
18.8.pmemd.gem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
19.AtomandResidueSelections 410
19.1.AmberMasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
19.2."AtomExpressions"inNABApplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
19.3.GROUPSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
20.Samplingconfigurationspace 418
20.1.Self-GuidedLangevindynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
20.2.AcceleratedMolecularDynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
20.3.GaussianAcceleratedMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
20.4.TargetedMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
20.5.Multiply-TargetedMD(MTMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
20.6.Nudgedelasticbandcalculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
20.7.Low-MODe(LMOD)methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
21.Freeenergies 437
21.1.Thermodynamicintegration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
21.2.AbsoluteFreeEnergiesusingEMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
21.3.LinearInteractionEnergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
21.4.Umbrellasampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
21.5.ReplicaExchangeMolecularDynamics(REMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
21.6.AdaptivelyBiasedMD,SteeredMD,UmbrellaSamplingwithREMDandStringMethod . . . . . 477
21.7.SteeredMolecularDynamics(SMD)andtheJarzynskiRelationship . . . . . . . . . . . . . . . . 494
22.ConstantpHcalculations 497
22.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
22.2.PreparingasystemforconstantpHsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
22.3.RunningatconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
22.4.AnalyzingconstantpHsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
22.5.ExtendingconstantpHtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
22.6.pHReplicaExchangeMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
22.7.cphstats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
23.ConstantRedoxPotentialcalculations 517
23.1.PreparingasystemforconstantRedoxPotentialsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
23.2.RunningatconstantRedoxPotential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
23.3.AnalyzingconstantRedoxPotentialsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
23.4.ExtendingconstantRedoxPotentialtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
23.5.RedoxPotentialReplicaExchangeMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
23.6.cestats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
24.ContinuousconstantpHmoleculardynamics 524
24.1.Implementationnotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
24.2.Usagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
24.3.ContinuousconstantpHMDwithpHreplicaexchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
24.4.Obtainingparametersforanoveltitratablegroup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
8
CONTENTS
25.NMR,X-ray,andcryo-EM/ETrefinement 532
25.1.Distance,angleandtorsionalrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
25.2.NOESYvolumerestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
25.3.Chemicalshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
25.4.Pseudocontactshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
25.5.Directdipolarcouplingrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
25.6.ResidualCSAorpseudo-CSArestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
25.7.PreparingrestraintfilesforSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
25.8.GettingsummariesofNMRviolations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
25.9.Time-averagedrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
25.10.MultiplecopiesrefinementusingLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
25.11.Somesampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
25.12.X-rayCrystallographyRefinementusingSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
25.13.EMAPrestraintsforrigidandflexiblefittingintoEMmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
26.LES 560
26.1.PreparingtouseLESwithAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
26.2.UsingtheADDLESprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
26.3.MoreinformationontheADDLEScommandsandoptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
26.4.Usingthenewtopology/coordinatefileswithSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
26.5.UsingLESwiththeGeneralizedBornsolvationmodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
26.6.Casestudies: ExamplesofapplicationofLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
27.Quantumdynamics 569
27.1.Path-IntegralMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
27.2.CentroidMolecularDynamics(CMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
27.3.RingPolymerMolecularDynamics(RPMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576
27.4.Linearizedsemiclassicalinitialvaluerepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
27.5.ReactiveDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
27.6.Isotopeeffects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
28.mdgx 590
28.1.InputandOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
28.2.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
28.3.SpecialAlgorithmicFeaturesofmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
28.4.CustomizableVirtualSiteSupportinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
28.5.ImplicitlyPolarizedChargeDevelopmentinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
28.6.RestrainedElectrostaticPotentialFittinginmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
28.7.BondedTermFittinginmdgx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
28.8.ConfigurationSampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
28.9.ThermodynamicIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
28.10.FutureDirectionsandGoalsofthemdgxProject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
V. Analysisofsimulations 606
29.mdout_analyzer.pyandambpdb 608
29.1.ambpdb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
9
CONTENTS
30.cpptraj 610
30.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
30.2.RunningCpptraj. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
30.3.GeneralConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
30.4.VariablesandControlStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
30.5.DataSetsandDataFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
30.6.DataFileOptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
30.7.Coordinates(COORDS)DataSetCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627
30.8.GeneralCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
30.9.TopologyFileCommands. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
30.10.TrajectoryFileCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
30.11.ActionCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
30.12.AnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722
30.13.AnalysisExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759
31.pytraj 761
31.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
31.2.Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
31.3.Documentationandexamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
32.MMPBSA.py 765
32.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765
32.2.PreparingforanMM/PB(GB)SAcalculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
32.3.RunningMMPBSA.py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768
32.4.PythonAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 780
33.MM_PBSA 786
33.1.Generalinstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 786
33.2.Inputexplanations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787
34.FEW 794
34.1.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794
34.2.Overviewofworkflowstepsandminimalinput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796
34.3.Commonsetupofmoleculardynamicssimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796
34.4.WorkflowforautomatedMM-PBSA&MM-GBSAcalculations(WAMM) . . . . . . . . . . . . 803
34.5.Linearinteractionenergyworkflow(LIEW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811
34.6.Thermodynamicintegrationworkflow(TIW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814
35.XtalAnalyze 823
35.1.XtalAnalyze.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
35.2.XtalPlot.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 825
35.3.md2diffuse.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826
36.SAXS 827
36.1.Introductionandtheory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
36.2.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828
37.MoFT:analysisofvolumetricdata 831
37.1.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 831
37.2.Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833
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