Amber 2016 Reference Manual

923 Pages·2016·7.67 MB·English

Amber 2016
Reference Manual
(Covers Amber16 and AmberTools16)

Amber 2016
Reference Manual
(Covers Amber16 and AmberTools16)
Principal contributors to the current codes:
DavidA.Case(Rutgers) DanielMermelstein(UCSD)
RossC.Walker(SDSC,UCSD) PengfeiLi(MichiganState)
ThomasE.CheathamIII(Utah) AlexeyOnufriev(VirginiaTech)
CarlosSimmerling(StonyBrook) SaeedIzadi(VirginiaTech)
AdrianRoitberg(Florida) RomainM.Wolf(Novartis)
KennethM.Merz(MichiganState) XiongwuWu(NIH)
RayLuo(UCIrvine) AndreasW.Götz(SDSC,UCSD)
TomDarden(OpenEye) HolgerGohlke(Düsseldorf)
JunmeiWang(UTSouthwesternMedicalCenter) NadineHomeyer(Düsseldorf)
RobertE.Duke(NIEHS) WesleyM.Botello-Smith(UCIrvine)
DanielR.Roe(Utah) LiXiao(UCIrvine)
ScottLeGrand(Amazon) TylerLuchko(Rutgers)
JasonSwails(Rutgers) TimGiese(Rutgers)
DavidCerutti(MichiganState) TaisungLee(Rutgers)
GéraldMonard(U.Lorraine) HungT.Nguyen(Rutgers)
CelesteSagui(NCSU) HaiNguyen(StonyBrook,Rutgers)
JoeKaus(UCSD) PawelJanowski(Rutgers)
RobinBetz(UCSD) IgorOmelyan(NINT)
BenMadej(UCSD) AndriyKovalenko(NINT)
CharlesLin(UCSD) PeterA.Kollman(UCSanFrancisco)
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:
• WhencitingAmber2016(comprisedofAmberTools16andAmber16)intheliterature,thefollowingcitation
shouldbeused:
D.A. Case, 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, C.
Lin, T. Luchko, R. Luo, B. Madej, D. Mermelstein, K.M. Merz, G. Monard, H. Nguyen, H.T. Nguyen, I.
Omelyan,A.Onufriev,D.R.Roe,A.Roitberg,C.Sagui,C.L.Simmerling,W.M.Botello-Smith,J.Swails,
R.C.Walker,J.Wang,R.M.Wolf,X.Wu,L.XiaoandP.A.Kollman(2016),AMBER2016,Universityof
California,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).
Coverillustration: PaintingbyGiuliaPalermo(UCSD)ofatwo-metalionmechanisminTypeIItopoisomerase,
asobservedfrommolecularsimulations. (Palermoetal. Acc. Chem. Res. 48,220-228,2015). Magnesiumions
areshownasyellowsphereswithprotein(violet)andtheDNA(green/blue)asribbons. Thepicturewaspainted
usingacombinationofpastelsandoilcolors.
4
Contents
Contents 5
I. IntroductionandInstallation 13
1. Introduction 15
1.1. InformationflowinAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2. Listofprograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2. Installation 23
2.1. Uninstallingandcleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2. PythoninAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3. ApplyingUpdates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4. Contactingthedevelopers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II. Amberforcefields 31
3. Molecularmechanicsforcefields 33
3.1. Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2. Nucleicacids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3. Carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4. Lipids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5. Solvents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.6. Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7. Modifiedaminoacidsandnucleotides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.8. Forcefieldsrelatedtosemi-empiricalQM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.9. Obsoleteforcefieldfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4. TheGeneralizedBorn/SurfaceAreaModel 55
4.1. GB/SAinputparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2. ALPB(AnalyticalLinearizedPoisson-Boltzmann) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5. GBNSR6 62
5.1. GBequationsavailableingbnsr6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.2. NumericalimplementationoftheR6integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6. PBSA 66
6.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.2. Usageandkeywords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3. Exampleinputsanddemonstrationsoffunctionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.4. Visualizationfunctionsinpbsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.5. pbsainsanderandNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5
CONTENTS
7. ReferenceInteractionSiteModel 90
7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.2. PracticalConsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.3. WorkFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.4. rism1d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.5. 3D-RISMinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.6. rism3d.snglpnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.7. 3D-RISMinsander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.8. RISMFileFormats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
8. EmpiricalValenceBond 120
8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.2. Generalusagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.3. Biasedsampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.4. Quantizationofnucleardegreesoffreedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.5. DistributedGaussianEVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.6. EVBinputvariablesandinterdependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
9. sqm: Semi-empiricalquantumchemistry 133
9.1. AvailableHamiltonians . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.2. Dispersionandhydrogenbondcorrection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
10.QM/MMcalculations 141
10.1.Built-insemiempiricalNDDOmethodsandSCC-DFTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
10.2.InterfaceforabinitioandDFTmethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10.3.AdaptivesolventQM/MMsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10.4.Adaptivebufferedforce-mixingQM/MM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
10.5.SEBOMD:SemiEmpiricalBorn-OppenheimerMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 175
11.paramfit 180
11.1.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
11.2.TheJobControlFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
11.3.Multiplemoleculefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.4.FittingForces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.5.Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
III. Systempreparation 191
12.PreparingPDBFiles 193
12.1.CleaningupProteinPDBFilesforAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.2.Residuenamingconventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
12.3.Chains,ResidueNumbering,MissingResidues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
12.4.pdb4amber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
12.5.reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
13.LEaP 199
13.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
13.2.Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
13.3.RunningLEaP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
13.4.BasicinstructionsforusingLEaPtobuildmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
13.5.Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
13.6.Buildingoligosaccharides,lipidsandglycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6
CONTENTS
14.ReadingandmodifyingAmberparameterfiles 234
14.1.UnderstandingAmberparameterfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
14.2.ParmEd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
15.AntechamberandGAFF 270
15.1.Principalprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
15.2.Asimpleexampleforantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
15.3.Usingthecomponents.ciffilefromthePDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
15.4.Programscalledbyantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
15.5.Miscellaneousprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
15.6.NewDevelopmentofAntechamberAndGAFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
15.7.MetalCenterParameterBuilder(MCPB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
15.8.PythonMetalSiteModelingToolbox(pyMSMT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
16.Settingupcrystalsimulations 297
16.1.UnitCell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
16.2.PropPDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
16.3.AddToBox. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
16.4.ChBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
17.UsingtheAMOEBAForceFieldwithAMBER 300
17.1.InstallingTINKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
17.2.PreparingthesystemwithTINKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
IV. Runningsimulations 303
18.sander 305
18.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
18.2.Fileusage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
18.3.Exampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
18.4.NamelistInputSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
18.5.Overviewoftheinformationintheinputfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
18.6.Generalminimizationanddynamicsparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
18.7.Potentialfunctionparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
18.8.Varyingconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
18.9.Fileredirectioncommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
18.10.Gettingdebugginginformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
18.11.multisander(andmultipmemd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
18.12.Programmer’sCorner: ThesanderAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
19.pmemd 355
19.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
19.2.Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
19.3.PMEMD-specificnamelistvariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
19.4.Slightlychangedfunctionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
19.5.Parallelperformancetuningandhints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
19.6.GPUAcceleratedPMEMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
19.7.Intel®ManyIntegratedCoreArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
20.AtomandResidueSelections 371
20.1.AmberMasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
20.2."AtomExpressions"inNABApplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
20.3.GROUPSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
7
CONTENTS
21.Samplingconfigurationspace 378
21.1.Self-GuidedLangevindynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
21.2.AcceleratedMolecularDynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
21.3.GaussianAcceleratedMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
21.4.TargetedMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
21.5.Multiply-TargetedMD(MTMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
21.6.Nudgedelasticbandcalculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
21.7.Low-MODe(LMOD)methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
22.Freeenergies 397
22.1.Thermodynamicintegration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
22.2.AbsoluteFreeEnergiesusingEMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
22.3.LinearInteractionEnergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
22.4.Umbrellasampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
22.5.ReplicaExchangeMolecularDynamics(REMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
22.6.AdaptivelybiasedMD,steeredMD,andumbrellasamplingwithREMD . . . . . . . . . . . . . . 429
22.7.SteeredMolecularDynamics(SMD)andtheJarzynskiRelationship . . . . . . . . . . . . . . . . 436
23.ConstantpHcalculations 440
23.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
23.2.PreparingasystemforconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
23.3.RunningatconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
23.4.AnalyzingconstantpHsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
23.5.ExtendingconstantpHtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
23.6.ConstantpHMDReplicaExchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
23.7.cphstats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
24.NMR,X-ray,andcryo-EM/ETrefinement 456
24.1.Distance,angleandtorsionalrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
24.2.NOESYvolumerestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
24.3.Chemicalshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
24.4.Pseudocontactshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
24.5.Directdipolarcouplingrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
24.6.ResidualCSAorpseudo-CSArestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
24.7.PreparingrestraintfilesforSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
24.8.GettingsummariesofNMRviolations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
24.9.Time-averagedrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
24.10.MultiplecopiesrefinementusingLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
24.11.Somesampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
24.12.X-rayCrystallographyRefinementusingSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
24.13.EMAPrestraintsforrigidandflexiblefittingintoEMmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
25.LES 484
25.1.PreparingtouseLESwithAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
25.2.UsingtheADDLESprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
25.3.MoreinformationontheADDLEScommandsandoptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
25.4.Usingthenewtopology/coordinatefileswithSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
25.5.UsingLESwiththeGeneralizedBornsolvationmodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
25.6.Casestudies: ExamplesofapplicationofLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
8
CONTENTS
26.Quantumdynamics 493
26.1.Path-IntegralMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
26.2.CentroidMolecularDynamics(CMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
26.3.RingPolymerMolecularDynamics(RPMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
26.4.Linearizedsemiclassicalinitialvaluerepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
26.5.ReactiveDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
26.6.Isotopeeffects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
27.mdgx 513
27.1.InputandOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
27.2.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
27.3.SpecialAlgorithmicFeaturesofmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
27.4.CustomizableVirtualSiteSupportinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
27.5.ImplicitlyPolarizedChargeDevelopmentinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
27.6.RestrainedElectrostaticPotentialFittinginmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
27.7.BondedTermFittinginmdgx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
27.8.ThermodynamicIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
27.9.FutureDirectionsandGoalsofthemdgxProject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
V. Analysisofsimulations 526
28.mdout_analyzer.pyandambpdb 528
28.1.ambpdb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
29.cpptraj 530
29.1.RunningCpptraj. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
29.2.GeneralConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
29.3.DataSetsandDataFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
29.4.DataFileOptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
29.5.Coordinates(COORDS)DataSetCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
29.6.GeneralCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
29.7.TopologyFileCommands. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
29.8.TrajectoryFileCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
29.9.ActionCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
29.10.AnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
29.11.AnalysisExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
30.pytraj 653
30.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
30.2.Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
30.3.Documentationandexamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
31.MMPBSA.py 657
31.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
31.2.PreparingforanMM/PB(GB)SAcalculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
31.3.RunningMMPBSA.py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
31.4.PythonAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672
32.MM_PBSA 678
32.1.Generalinstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678
32.2.Inputexplanations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679
32.3.AuxiliaryprogramsusedbyMM_PBSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
32.4.APBSasanalternatePBsolverinSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
9
CONTENTS
33.FEW 688
33.1.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
33.2.Overviewofworkflowstepsandminimalinput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690
33.3.Commonsetupofmoleculardynamicssimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
33.4.WorkflowforautomatedMM-PBSA&MM-GBSAcalculations(WAMM) . . . . . . . . . . . . 698
33.5.Linearinteractionenergyworkflow(LIEW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707
33.6.Thermodynamicintegrationworkflow(TIW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711
34.XtalAnalyze 719
34.1.XtalAnalyze.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719
34.2.XtalPlot.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721
34.3.md2map.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722
35.SAXS 724
35.1.Introductionandtheory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724
35.2.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
VI. NABandAmberLite 728
36.NAB:Introduction 730
36.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
36.2.Methodsforstructurecreation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732
36.3.CompilingnabPrograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
36.4.ParallelExecution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
36.5.FirstExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
36.6.Molecules,ResiduesandAtoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 738
36.7.CreatingMolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 738
36.8.ResiduesandResidueLibraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739
36.9.AtomNamesandAtomExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741
36.10.Loopingoveratomsinmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742
36.11.Points,TransformationsandFrames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743
36.12.CreatingWatsonCrickduplexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744
37.NAB:LanguageReference 753
37.1.LanguageElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753
37.2.Higher-levelconstructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755
37.3.Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
37.4.Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763
37.5.Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764
37.6.PointsandVectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765
37.7.StringFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
37.8.MathFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
37.9.SystemFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767
37.10.I/OFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767
37.11.MoleculeCreationFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
37.12.CreatingBiopoloymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771
37.13.FiberDiffractionDuplexesinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771
37.14.ReducedRepresentationDNAModelingFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772
37.15.MoleculeI/OFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
37.16.OtherMolecularFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
37.17.DebuggingFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775
37.18.Timeanddateroutines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 776
10