Amber 2018 Reference Manual

919 Pages·2017·9.59 MB·English

Amber 2018
Reference Manual
(Covers Amber18 and AmberTools18)

Amber 2018
Reference Manual
(Covers Amber18 and AmberTools18)
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(UIUC,Yale)
AdrianRoitberg(Florida) AlexeyOnufriev(VirginiaTech)
KennethM.Merz(MichiganState) SaeedIzadi(VirginiaTech,Genentech)
RayLuo(UCIrvine) RomainM.Wolf(Novartis)
TomDarden(OpenEye) XiongwuWu(NIH)
JunmeiWang(Pitt) HolgerGohlke(Düsseldorf)
RobertE.Duke(UNT) StephanSchott-Verdugo(Düsseldorf)
DanielR.Roe(Utah,NIH) NadineHomeyer(Düsseldorf)
RuxiQi(UCIrvine)
ScottLeGrand(Amazon)
LiXiao(UCIrvine)
JasonSwails(Lutron)
HaixinWei(UCIrvine)
AndreasW.Götz(UCSD)
D’ArtagnanGreene(UCIrvine)
JamieSmith(UCSD)
TaisungLee(Rutgers)
DavidCerutti(Rutgers)
DarrinYork(Rutgers)
ScottR.Brozell(Rutgers)
JianLiu(PekingUniv.)
TylerLuchko(CSUNorthridge)
HaiNguyen(StonyBrook,Rutgers)
ViníciusWilianD.Cruzeiro(Florida)
IgorOmelyan(NINT)
DelaramGhoreishi(Florida)
AndriyKovalenko(NINT)
GéraldMonard(U.Lorraine)
MikeGilson(UCSD)
CelesteSagui(NCSU)
IdoBen-Shalom(UCSD)
FengPan(NCSU)
CrystalNguyen(UCSD)
G.AndrésCisneros(UNT)
RomeliaSalomon-Ferrer(UCSD)
YinglongMiao(Kansas)
TomKurtzman(CUNY)
JanaShen(Maryland)
PeterA.Kollman(UCSanFrancisco)
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:
• WhencitingAmber2018(comprisedofAmberTools18andAmber18)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,M.K.Gilson,H.Gohlke,A.W.Goetz,D.Greene,RHarris,N.Homeyer,Y.Huang,
S. Izadi, A. Kovalenko, T. Kurtzman, T.S. Lee, S. LeGrand, P. Li, C. Lin, J. Liu, T. Luchko, R. Luo, D.J.
Mermelstein,K.M.Merz,Y.Miao,G.Monard,C.Nguyen,H.Nguyen,I.Omelyan,A.Onufriev,F.Pan,R.
Qi, D.R.Roe, A.Roitberg, C.Sagui, S.Schott-Verdugo, J.Shen, C.L.Simmerling, J.Smith, R.Salomon-
Ferrer,J.Swails,R.C.Walker,J.Wang,H.Wei,R.M.Wolf,X.Wu,L.Xiao,D.M.YorkandP.A.Kollman
(2018),AMBER2018,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).
Coverillustration:Apseudotrajectoryofthehomodecamerichumanglutaminesynthetase(eachsubunitiscolored
differently). ThefigurewaspreparedbyBenediktFriegandHolgerGohlke,basedonworkreportedbyB.Frieg,
B. Görg, N. Homeyer, V. Keitel, D. Häussinger, andH. Gohlke, Molecular mechanisms of glutaminesynthetase
mutationsthatleadtoclinicallyrelevantpathologies. PLoSComput. Biol. 12(2016)e1004693andbyB.Frieg,D.
Häussinger,andH.Gohlke,Towardsrestoringcatalyticactivityofglutaminesynthetasewithaclinicallyrelevant
mutation. In: ProceedingsoftheNICSymposium2016,Jülich(2016).
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7. ReferenceInteractionSiteModel 96
7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.2. PracticalConsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.3. WorkFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.4. rism1d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.5. 3D-RISMinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.6. rism3d.snglpnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.7. 3D-RISMinsander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
7.8. RISMFileFormats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8. EmpiricalValenceBond 126
8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.2. Generalusagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.3. Biasedsampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.4. Quantizationofnucleardegreesoffreedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
8.5. DistributedGaussianEVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
8.6. EVBinputvariablesandinterdependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9. sqm: Semi-empiricalquantumchemistry 139
9.1. AvailableHamiltonians . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
9.2. Dispersionandhydrogenbondcorrection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
9.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
10.QM/MMcalculations 148
10.1.Built-insemiempiricalNDDOmethodsandSCC-DFTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.2.InterfaceforabinitioandDFTmethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.3.AdaptivesolventQM/MMsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
10.4.Adaptivebufferedforce-mixingQM/MM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
10.5.SEBOMD:SemiEmpiricalBorn-OppenheimerMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.paramfit 189
11.1.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
11.2.TheJobControlFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
11.3.Multiplemoleculefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
11.4.FittingForces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
11.5.Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
III. Systempreparation 200
12.PreparingPDBFiles 202
12.1.CleaningupProteinPDBFilesforAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
12.2.Residuenamingconventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
12.3.Chains,ResidueNumbering,MissingResidues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
12.4.pdb4amber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
12.5.reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
12.6.packmol-memgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
12.7.BuildingbilayersystemswithAMBAT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6
CONTENTS
13.LEaP 208
13.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
13.2.Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
13.3.RunningLEaP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
13.4.BasicinstructionsforusingLEaPtobuildmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
13.5.ErrorHandlingandReporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
13.6.Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
13.7.Buildingoligosaccharides,lipidsandglycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
14.ReadingandmodifyingAmberparameterfiles 244
14.1.UnderstandingAmberparameterfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
14.2.ParmEd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
15.AntechamberandGAFF 280
15.1.Principalprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
15.2.Asimpleexampleforantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
15.3.Usingthecomponents.ciffilefromthePDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
15.4.Programscalledbyantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
15.5.Miscellaneousprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
15.6.NewDevelopmentofAntechamberAndGAFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
15.7.MetalCenterParameterBuilder(MCPB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
15.8.PythonMetalSiteModelingToolbox(pyMSMT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
16.Settingupcrystalsimulations 311
16.1.UnitCell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
16.2.PropPDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
16.3.AddToBox. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
16.4.ChBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
IV. Runningsimulations 314
17.sander 316
17.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
17.2.Fileusage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
17.3.Exampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
17.4.NamelistInputSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
17.5.Overviewoftheinformationintheinputfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
17.6.Generalminimizationanddynamicsparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
17.7.Potentialfunctionparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
17.8.Varyingconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
17.9.Fileredirectioncommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
17.10.Gettingdebugginginformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
17.11.multisander(andmultipmemd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
17.12.APBSasanalternatePBsolverinSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
17.13.Programmer’sCorner: ThesanderAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
18.pmemd 375
18.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
18.2.Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
18.3.PMEMD-specificnamelistvariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
18.4.Slightlychangedfunctionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
18.5.Parallelperformancetuningandhints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
7
CONTENTS
18.6.GPUAcceleratedPMEMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
18.7.Intel®ManyIntegratedCoreArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
18.8.pmemd.gem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
19.AtomandResidueSelections 395
19.1.AmberMasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
19.2."AtomExpressions"inNABApplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
19.3.GROUPSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
20.Samplingconfigurationspace 402
20.1.Self-GuidedLangevindynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
20.2.AcceleratedMolecularDynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
20.3.GaussianAcceleratedMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
20.4.TargetedMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
20.5.Multiply-TargetedMD(MTMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
20.6.Nudgedelasticbandcalculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
20.7.Low-MODe(LMOD)methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
21.Freeenergies 421
21.1.Thermodynamicintegration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
21.2.AbsoluteFreeEnergiesusingEMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
21.3.LinearInteractionEnergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
21.4.Umbrellasampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
21.5.ReplicaExchangeMolecularDynamics(REMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
21.6.AdaptivelyBiasedMD,SteeredMD,UmbrellaSamplingwithREMDandStringMethod . . . . . 461
21.7.SteeredMolecularDynamics(SMD)andtheJarzynskiRelationship . . . . . . . . . . . . . . . . 478
22.ConstantpHcalculations 481
22.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
22.2.PreparingasystemforconstantpHsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
22.3.RunningatconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
22.4.AnalyzingconstantpHsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
22.5.ExtendingconstantpHtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
22.6.pHReplicaExchangeMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
22.7.cphstats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
23.ConstantRedoxPotentialcalculations 501
23.1.PreparingasystemforconstantRedoxPotentialsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
23.2.RunningatconstantRedoxPotential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
23.3.AnalyzingconstantRedoxPotentialsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
23.4.ExtendingconstantRedoxPotentialtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
23.5.RedoxPotentialReplicaExchangeMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
23.6.cestats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
24.ContinuousconstantpHmoleculardynamics 508
24.1.Implementationnotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
24.2.Usagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
24.3.ContinuousconstantpHMDwithpHreplicaexchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
24.4.Obtainingparametersforanoveltitratablegroup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
8
CONTENTS
25.NMR,X-ray,andcryo-EM/ETrefinement 516
25.1.Distance,angleandtorsionalrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
25.2.NOESYvolumerestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
25.3.Chemicalshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
25.4.Pseudocontactshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
25.5.Directdipolarcouplingrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
25.6.ResidualCSAorpseudo-CSArestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
25.7.PreparingrestraintfilesforSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
25.8.GettingsummariesofNMRviolations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
25.9.Time-averagedrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
25.10.MultiplecopiesrefinementusingLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
25.11.Somesampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
25.12.X-rayCrystallographyRefinementusingSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
25.13.EMAPrestraintsforrigidandflexiblefittingintoEMmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
26.LES 544
26.1.PreparingtouseLESwithAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
26.2.UsingtheADDLESprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
26.3.MoreinformationontheADDLEScommandsandoptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
26.4.Usingthenewtopology/coordinatefileswithSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
26.5.UsingLESwiththeGeneralizedBornsolvationmodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
26.6.Casestudies: ExamplesofapplicationofLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
27.Quantumdynamics 553
27.1.Path-IntegralMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
27.2.CentroidMolecularDynamics(CMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
27.3.RingPolymerMolecularDynamics(RPMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
27.4.Linearizedsemiclassicalinitialvaluerepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
27.5.ReactiveDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
27.6.Isotopeeffects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
28.mdgx 574
28.1.InputandOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
28.2.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
28.3.SpecialAlgorithmicFeaturesofmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
28.4.CustomizableVirtualSiteSupportinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576
28.5.ImplicitlyPolarizedChargeDevelopmentinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
28.6.RestrainedElectrostaticPotentialFittinginmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
28.7.BondedTermFittinginmdgx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
28.8.ConfigurationSampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
28.9.ThermodynamicIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
28.10.FutureDirectionsandGoalsofthemdgxProject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
V. Analysisofsimulations 590
29.mdout_analyzer.pyandambpdb 592
29.1.ambpdb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
9
CONTENTS
30.cpptraj 594
30.1.RunningCpptraj. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
30.2.GeneralConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
30.3.VariablesandControlStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
30.4.DataSetsandDataFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
30.5.DataFileOptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
30.6.Coordinates(COORDS)DataSetCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
30.7.GeneralCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
30.8.TopologyFileCommands. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
30.9.TrajectoryFileCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627
30.10.ActionCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634
30.11.AnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
30.12.AnalysisExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
31.pytraj 735
31.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
31.2.Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
31.3.Documentationandexamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
32.MMPBSA.py 739
32.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739
32.2.PreparingforanMM/PB(GB)SAcalculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 740
32.3.RunningMMPBSA.py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742
32.4.PythonAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754
33.MM_PBSA 760
33.1.Generalinstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 760
33.2.Inputexplanations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
34.FEW 768
34.1.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768
34.2.Overviewofworkflowstepsandminimalinput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
34.3.Commonsetupofmoleculardynamicssimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
34.4.WorkflowforautomatedMM-PBSA&MM-GBSAcalculations(WAMM) . . . . . . . . . . . . 777
34.5.Linearinteractionenergyworkflow(LIEW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785
34.6.Thermodynamicintegrationworkflow(TIW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
35.XtalAnalyze 797
35.1.XtalAnalyze.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
35.2.XtalPlot.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 799
35.3.md2map.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 800
36.SAXS 802
36.1.Introductionandtheory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802
36.2.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803
VI. NAB/sffandAmberLite 806
37.NABandsff 808
37.1.Alittlehistory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808
37.2.ACinterfacetolibsff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808
37.3.NABoverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809
37.4.FiberDiffractionDuplexesinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809
10