Amber 2015 Reference Manual

883 Pages·2015·8.45 MB·English

Amber 2015
Reference Manual
(Covers Amber14 and AmberTools15)

Amber 2015
Reference Manual
(Covers Amber14 and AmberTools15)
Principal contributors to the current codes:
DavidA.Case(Rutgers) JoshBerryman(U.ofLuxembourg)
RossC.Walker(SDSC,UCSD) PengfeiLi(MichiganState)
ThomasE.CheathamIII(Utah) AlexeyOnufriev(VirginiaTech)
CarlosSimmerling(StonyBrook) SaeedIzadi(VirginiaTech)
AdrianRoitberg(Florida) XiongwuWu(NIH)
KennethM.Merz(MichiganState) AndreasW.Götz(SDSC,UCSD)
TomDarden(OpenEye) HolgerGohlke(Düsseldorf)
JunmeiWang(UTSouthwesternMedicalCenter) NadineHomeyer(Düsseldorf)
RobertE.Duke(NIEHSandUNC-ChapelHill) WesSmith(UCIrvine)
RayLuo(UCIrvine) RomeliaSalomon-Ferrer(SDSC,UCSD)
DanielR.Roe(Utah) TylerLuchko(Rutgers)
ScottLeGrand(Amazon) TimGiese(Rutgers)
JasonSwails(Rutgers) TaisungLee(Rutgers)
DavidCerutti(Schrödinger) HungT.Nguyen(Rutgers)
JoeKaus(UCSD) PawelJanowski(Rutgers)
RobinBetz(UCSD) IgorOmelyan(NINT)
PerriNeedham(UCSD) AndriyKovalenko(NINT)
BenMadej(UCSD)) GeraldMonard(U.Lorraine)
RomainM.Wolf(Novartis) PeterA.Kollman(UCSanFrancisco)
HaiNguyen(StonyBrook,Rutgers)
Formoreinformation,pleasevisithttp://ambermd.org/contributors
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:
• WhencitingAmber2015(comprisedofAmberTools15andAmber14)intheliterature,thefollowingcitation
shouldbeused:
D.A.Case,J.T.Berryman,R.M.Betz,D.S.Cerutti,T.E.Cheatham,III,T.A.Darden,R.E.Duke,T.J.Giese,
H.Gohlke, A.W.Goetz, N.Homeyer, S.Izadi, P.Janowski, J.Kaus, A.Kovalenko, T.S.Lee, S.LeGrand,
P. Li, T. Luchko, R. Luo, B. Madej, K.M. Merz, G. Monard, P. Needham, H. Nguyen, H.T. Nguyen, I.
Omelyan, A. Onufriev, D.R. Roe, A. Roitberg, R. Salomon-Ferrer, C.L. Simmerling, W. Smith, J. Swails,
R.C.Walker,J.Wang,R.M.Wolf,X.Wu,D.M.YorkandP.A.Kollman(2015),AMBER2015,University
ofCalifornia,SanFrancisco.
PeterKollmandiedunexpectedlyinMay,2001. WededicateAmbertohismemory.
Notes
• WethankChrisBaylyandMerck-Frosst,CanadaforpermissiontoincludechargeincrementsfortheAM1-
BCCchargescheme.
• SomeoftheforcefieldroutineswereadaptedfromsimilarroutinesintheMOILprogrampackage: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: The cover illustrates potential de-amidation sites in triose phosphate isomerase, studied via
MDandQM/MMfreeenergycalculations. SeeI.Ugur,A.Marion,V.Aviyente,G.Monard,"WhyDoesAsn71
Deamidate Faster Than Asn15 in the Enzyme Triosephosphate Isomerase? Answers from Microsecond Molec-
ularDynamicsSimulationandQM/MMFreeEnergyCalculations", Biochemistry54, 1429-1439(2015). Figure
preparedbyIlkeUgurandAntoineMarion.
4
Contents
Contents 5
I. IntroductionandInstallation 13
1. Introduction 15
1.1. InformationflowinAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2. Listofprograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2. Installation 23
2.1. ApplyingUpdates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2. Contactingthedevelopers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
II. Amberforcefields 29
3. Molecularmechanicsforcefields 31
3.1. SpecifyingwhichforcefieldyouwantinLEaP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2. Theff14SBforcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3. Theff14ipqproteinforcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4. TheDuanetal. (2003)forcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5. TheYangetal. (2003)united-atomforcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.6. Forcefieldsrelatedtosemi-empiricalQM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.7. TheGLYCAMforcefieldsforcarbohydratesandlipids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.8. LipidForceFields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.9. Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.10.Solventmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.11.CHAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.12.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
6.5. pbsainsanderandNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5
CONTENTS
7. ReferenceInteractionSiteModel 94
7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.2. PracticalConsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.3. WorkFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.4. rism1d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.5. 3D-RISMinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.6. rism3d.snglpnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.7. 3D-RISMinsander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8. EmpiricalValenceBond 118
8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.2. Generalusagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.3. Biasedsampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.4. Quantizationofnucleardegreesoffreedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.5. DistributedGaussianEVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.6. EVBinputvariablesandinterdependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
9. sqm: Semi-empiricalquantumchemistry 131
9.1. AvailableHamiltonians . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.2. Dispersionandhydrogenbondcorrection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
10.QM/MMcalculations 139
10.1.Built-insemiempiricalNDDOmethodsandSCC-DFTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
10.2.InterfaceforabinitioandDFTmethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.3.AdaptivesolventQM/MMsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
10.4.Adaptivebufferedforce-mixingQM/MM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
10.5.SEBOMD:SemiEmpiricalBorn-OppenheimerMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 173
11.paramfit 178
11.1.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
11.2.TheJobControlFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
11.3.Multiplemoleculefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.4.FittingForces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.5.Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
III. Systempreparation 189
12.PreparingPDBFiles 191
12.1.CleaningupProteinPDBFilesforAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
12.2.Residuenamingconventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
12.3.Chains,ResidueNumbering,MissingResidues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.4.pdb4amber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.5.reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
13.LEaP 197
13.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
13.2.Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
13.3.RunningLEaP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
13.4.BasicinstructionsforusingLEaPtobuildmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
13.5.Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
13.6.Buildingoligosaccharides,lipidsandglycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
6
CONTENTS
14.ReadingandmodifyingAmberparameterfiles 232
14.1.UnderstandingAmberparameterfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
14.2.ParmEd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
15.AntechamberandGAFF 266
15.1.Principalprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
15.2.Asimpleexampleforantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
15.3.Usingthecomponents.ciffilefromthePDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
15.4.Programscalledbyantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
15.5.Miscellaneousprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
15.6.NewDevelopmentofAntechamberAndGAFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
15.7.MetalCenterParameterBuilder(MCPB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
15.8.PythonMetalSiteModelingToolbox(pyMSMT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
16.Settingupcrystalsimulations 288
16.1.UnitCell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
16.2.PropPDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
16.3.AddToBox. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
16.4.ChBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
17.UsingtheAMOEBAForceFieldwithAMBER 291
17.1.InstallingTINKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
17.2.PreparingthesystemwithTINKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
IV. Runningsimulations 294
18.sander 296
18.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
18.2.Fileusage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
18.3.Exampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
18.4.NamelistInputSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
18.5.Overviewoftheinformationintheinputfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
18.6.Generalminimizationanddynamicsparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
18.7.Potentialfunctionparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
18.8.Varyingconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
18.9.Fileredirectioncommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
18.10.Gettingdebugginginformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
18.11.multisander(andmultipmemd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
18.12.Programmer’sCorner: ThesanderAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
19.pmemdandpmemd.amoeba 345
19.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
19.2.Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
19.3.PMEMD-specificnamelistvariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
19.4.Slightlychangedfunctionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
19.5.Parallelperformancetuningandhints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
19.6.GPUAcceleratedPMEMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
19.7.Intel®ManyIntegratedCoreArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
19.8.pmemd.amoeba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
7
CONTENTS
20.AtomandResidueSelections 362
20.1.AmberMasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
20.2."AtomExpressions"inNABApplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
20.3.GROUPSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
21.Samplingconfigurationspace 369
21.1.Self-GuidedLangevindynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
21.2.AcceleratedMolecularDynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
21.3.TargetedMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
21.4.Multiply-TargetedMD(MTMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
21.5.Nudgedelasticbandcalculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
21.6.Low-MODe(LMOD)methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
22.Freeenergies 385
22.1.Thermodynamicintegration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
22.2.AbsoluteFreeEnergiesusingEMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
22.3.LinearInteractionEnergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
22.4.Umbrellasampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
22.5.ReplicaExchangeMolecularDynamics(REMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
22.6.AdaptivelybiasedMD,steeredMD,andumbrellasamplingwithREMD . . . . . . . . . . . . . . 417
22.7.SteeredMolecularDynamics(SMD)andtheJarzynskiRelationship . . . . . . . . . . . . . . . . 424
23.ConstantpHcalculations 428
23.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
23.2.PreparingasystemforconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
23.3.RunningatconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
23.4.AnalyzingconstantpHsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
23.5.ExtendingconstantpHtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
23.6.ConstantpHMDReplicaExchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
23.7.cphstats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
24.NMR,X-ray,andcryo-EM/ETrefinement 444
24.1.Distance,angleandtorsionalrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
24.2.NOESYvolumerestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
24.3.Chemicalshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
24.4.Pseudocontactshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
24.5.Directdipolarcouplingrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
24.6.ResidualCSAorpseudo-CSArestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
24.7.PreparingrestraintfilesforSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
24.8.GettingsummariesofNMRviolations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
24.9.Time-averagedrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
24.10.MultiplecopiesrefinementusingLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
24.11.Somesampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
24.12.X-rayCrystallographyRefinementusingSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
24.13.EMAPrestraintsforrigidandflexiblefittingintoEMmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
25.LES 472
25.1.PreparingtouseLESwithAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
25.2.UsingtheADDLESprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
25.3.MoreinformationontheADDLEScommandsandoptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
25.4.Usingthenewtopology/coordinatefileswithSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
25.5.UsingLESwiththeGeneralizedBornsolvationmodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
25.6.Casestudies: ExamplesofapplicationofLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
8
CONTENTS
26.Quantumdynamics 481
26.1.Path-IntegralMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
26.2.CentroidMolecularDynamics(CMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
26.3.RingPolymerMolecularDynamics(RPMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
26.4.Linearizedsemiclassicalinitialvaluerepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
26.5.ReactiveDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
26.6.Isotopeeffects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
27.mdgx 501
27.1.InputandOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
27.2.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
27.3.SpecialAlgorithmicFeaturesofmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
27.4.CustomizableVirtualSiteSupportinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
27.5.RestrainedElectrostaticPotentialFittinginmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
27.6.BondedTermFittinginmdgx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
27.7.ThermodynamicIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
27.8.FutureDirectionsandGoalsofthemdgxProject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
V. Analysisofsimulations 513
28.mdout_analyzer.pyandambpdb 515
28.1.ambpdb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
29.cpptraj 517
29.1.GeneralConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
29.2.DataSetsandDataFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
29.3.DataFileOptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
29.4.UsingCoordinatesasaDataSet(COORDSDataSets) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
29.5.GeneralCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
29.6.TopologyFileCommands. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
29.7.TrajectoryFileCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
29.8.ActionsThatCanModifyTopology/Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
29.9.ActionCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
29.10.MatrixandVectorActions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
29.11.DataSetAnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
29.12.CoordinateAnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
29.13.MatrixandVectorAnalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
29.14.Matrix/VectorAnalysisExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618
30.pytraj 621
30.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
30.2.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
30.3.Documentationandexamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
31.MMPBSA.py 622
31.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
31.2.PreparingforanMM/PB(GB)SAcalculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
31.3.RunningMMPBSA.py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
31.4.PythonAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
9
CONTENTS
32.MM_PBSA 643
32.1.Generalinstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643
32.2.Inputexplanations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
32.3.AuxiliaryprogramsusedbyMM_PBSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
32.4.APBSasanalternatePBsolverinSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
33.FEW 653
33.1.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
33.2.Overviewofworkflowstepsandminimalinput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
33.3.Commonsetupofmoleculardynamicssimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
33.4.WorkflowforautomatedMM-PBSA&MM-GBSAcalculations(WAMM) . . . . . . . . . . . . 663
33.5.Linearinteractionenergyworkflow(LIEW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671
33.6.Thermodynamicintegrationworkflow(TIW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675
34.XtalAnalyze 683
34.1.XtalAnalyze.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
34.2.XtalPlot.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
34.3.md2map.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686
35.SAXS 688
35.1.Introductionandtheory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
35.2.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
VI. NABandAmberLite 692
36.NAB:Introduction 694
36.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695
36.2.Methodsforstructurecreation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
36.3.CompilingnabPrograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
36.4.ParallelExecution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
36.5.FirstExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
36.6.Molecules,ResiduesandAtoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
36.7.CreatingMolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
36.8.ResiduesandResidueLibraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
36.9.AtomNamesandAtomExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705
36.10.Loopingoveratomsinmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706
36.11.Points,TransformationsandFrames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707
36.12.CreatingWatsonCrickduplexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708
37.NAB:LanguageReference 717
37.1.LanguageElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
37.2.Higher-levelconstructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719
37.3.Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
37.4.Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
37.5.Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728
37.6.PointsandVectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729
37.7.StringFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730
37.8.MathFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730
37.9.SystemFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
37.10.I/OFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
37.11.MoleculeCreationFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
37.12.CreatingBiopoloymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
10