Download the Complete Manual for Amber 14 and Ambertools

826 Pages·2014·13.74 MB·English

Amber 14
Reference Manual
Principalcontributorstothecurrentcodes:
DavidA.Case(Rutgers) AndreasW.Götz(SDSC,UCSD)
TomDarden(OpenEye) IstvánKolossváry(BudapestandD.E.Shaw)
ThomasE.CheathamIII(Utah) FrancescoPaesani(UCSD)JianLiu(Berkeley)
CarlosSimmerling(StonyBrook) XiongwuWu(NIH)
AdrianRoitberg(Florida) ThomasSteinbrecher(Karlsruhe)
JunmeiWang(UTSouthwesternMedicalCenter) HolgerGohlke(Düsseldorf)
RobertE.Duke(NIEHSandUNC-ChapelHill) NadineHomeyer(Düsseldorf)
RayLuo(UCIrvine) QinCai(UCIrvine)
DanielR.Roe(Utah) WesSmith(UCIrvine)
RossC.Walker(SDSC,UCSD) DaveMathews(Rochester)
ScottLeGrand(Amazon) RomeliaSalomon-Ferrer(SDSC,UCSD)
JasonSwails(Rutgers) CelesteSagui(NorthCarolinaState)
DavidCerutti(Rutgers) VolodymyrBabin(NorthCarolinaState)
JoeKaus(UCSD) TylerLuchko(Rutgers)
RobinBetz(UCSD) SergeyGusarov(NINT)
RomainM.Wolf(Novartis) AndriyKovalenko(NINT)
KennethM.Merz(MichiganState) JoshBerryman(U.ofLuxembourg)
GustavoSeabra(Recife,Brazil) PeterA.Kollman(UCSanFrancisco)
PawelJanowski(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:
• WhencitingAmber14intheliterature,thefollowingcitationshouldbeused:
D.A.Case,V.Babin,J.T.Berryman,R.M.Betz,Q.Cai,D.S.Cerutti,T.E.Cheatham,III,T.A.Darden,R.E.
Duke,H.Gohlke,A.W.Goetz,S.Gusarov,N.Homeyer,P.Janowski,J.Kaus,I.Kolossváry,A.Kovalenko,
T.S.Lee,S.LeGrand,T.Luchko,R.Luo,B.Madej,K.M.Merz,F.Paesani,D.R.Roe,A.Roitberg,C.Sagui,
R.Salomon-Ferrer,G.Seabra,C.L.Simmerling,W.Smith,J.Swails,R.C.Walker,J.Wang,R.M.Wolf,X.
WuandP.A.Kollman(2014),AMBER14,UniversityofCalifornia,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).
• The cifparse routines to deal with mmCIF formatted files were written by John Westbrook, and are dis-
tributedwithpermission. Seecifparse/READMEfordetails.
Cover illustration: The cover shows all atom bilayer self assembly of 128 DOPC phospholipids simulated using
theGPUversionofpmemd. ThelipidmoleculeswererepresentedwiththeLipid14forcefieldparameters,along
with TIP3P waters and 0.15 M KCl. The lipids are presented as stick models, with the head group phosphorus
atomshighlightedasorangespheres. Waterandionshavebeenremovedforclarity. TakenfromSkjevik, Å.A.;
Madej,B.D.;Dickson,C.J.;Teigen,K.;Walker,R.C.;Gould,I.R.,J.Am. Chem. Soc. 2014,inreview.
4
Contents
Contents 5
I. IntroductionandInstallation 13
1. Introduction 15
1.1. InformationflowinAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2. Listofprograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2. Installation 21
2.1. ApplyingUpdates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2. Contactingthedevelopers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
II. Amberforcefields 27
3. Molecularmechanicsforcefields 29
3.1. SpecifyingwhichforcefieldyouwantinLEaP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2. Theff14SBforcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3. Theff14ipqproteinforcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4. TheDuanetal. (2003)forcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5. TheYangetal. (2003)united-atomforcefield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6. Forcefieldsrelatedtosemi-empiricalQM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.7. TheGLYCAMforcefieldsforcarbohydratesandlipids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.8. LipidForceFields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.9. Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.10.Solventmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.11.CHAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.12.Obsoleteforcefieldfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4. TheGeneralizedBorn/SurfaceAreaModel 57
4.1. GB/SAinputparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2. ALPB(AnalyticalLinearizedPoisson-Boltzmann) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5. PBSA 65
5.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.2. Usageandkeywords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3. Exampleinputsanddemonstrationsoffunctionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.4. Visualizationfunctionsinpbsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.5. pbsainsanderandNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6. ReferenceInteractionSiteModel 89
6.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.2. PracticalConsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.3. WorkFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.4. rism1d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5
CONTENTS
6.5. 3D-RISMinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.6. rism3d.snglpnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.7. 3D-RISMinsander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7. EmpiricalValenceBond 111
7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.2. Generalusagedescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
7.3. Biasedsampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.4. Quantizationofnucleardegreesoffreedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.5. DistributedGaussianEVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.6. EVBinputvariablesandinterdependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8. sqm: Semi-empiricalquantumchemistry 125
8.1. AvailableHamiltonians . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8.2. Dispersionandhydrogenbondcorrection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.3. Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
9. QM/MMcalculations 133
9.1. Built-insemiempiricalNDDOmethodsandSCC-DFTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.2. InterfaceforabinitioandDFTmethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.3. AdaptivesolventQM/MMsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
9.4. Adaptivebufferedforce-mixingQM/MM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
9.5. SEBOMD:SemiEmpiricalBorn-OppenheimerMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 165
10.paramfit 171
10.1.Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
10.2.TheJobControlFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.3.Multiplemoleculefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
10.4.FittingForces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
10.5.Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
III. Systempreparation 183
11.PreparingPDBFiles 185
11.1.CleaningupProteinPDBFilesforAMBER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.2.Residuenamingconventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.3.Chains,ResidueNumbering,MissingResidues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.4.pdb4amber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.5.reduce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
12.LEaP 191
12.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
12.2.Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
12.3.RunningLEaP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
12.4.BasicinstructionsforusingLEaPtobuildmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.5.Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
12.6.Buildingoligosaccharides,lipidsandglycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
13.ReadingandmodifyingAmberparameterfiles 225
13.1.UnderstandingAmberparameterfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
13.2.ParmEd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
6
CONTENTS
14.AntechamberandGAFF 255
14.1.Principalprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
14.2.Asimpleexampleforantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
14.3.Usingthecomponents.ciffilefromthePDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
14.4.Programscalledbyantechamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
14.5.Miscellaneousprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
14.6.NewDevelopmentofAntechamberAndGAFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
14.7.MetalCenterParameterBuilder(MCPB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
15.Settingupcrystalsimulations 271
15.1.UnitCell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
15.2.PropPDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
15.3.AddToBox. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
15.4.ChBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
16.UsingtheAMOEBAForceFieldwithAMBER 275
16.1.InstallingTINKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
16.2.PreparingthesystemwithTINKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
IV. Runningsimulations 279
17.sander 281
17.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
17.2.Fileusage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
17.3.Exampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
17.4.NamelistInputSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
17.5.Overviewoftheinformationintheinputfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
17.6.Generalminimizationanddynamicsparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
17.7.Potentialfunctionparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
17.8.Varyingconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
17.9.Fileredirectioncommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
17.10.Gettingdebugginginformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
17.11.multisander(andmultipmemd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
18.pmemdandpmemd.amoeba 309
18.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
18.2.Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
18.3.PMEMD-specificnamelistvariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
18.4.Slightlychangedfunctionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
18.5.Parallelperformancetuningandhints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
18.6.GPUAcceleratedPMEMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
18.7.Intel®ManyIntegratedCoreArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
18.8.pmemd.amoeba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
19.AtomandResidueSelections 327
19.1.AmberMasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
19.2."AtomExpressions"inNABApplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
19.3.GROUPSpecification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
7
CONTENTS
20.Samplingconfigurationspace 335
20.1.Self-GuidedLangevindynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
20.2.AcceleratedMolecularDynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
20.3.TargetedMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
20.4.Multiply-TargetedMD(MTMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
20.5.Nudgedelasticbandcalculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
20.6.Low-MODe(LMOD)methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
21.Freeenergies 351
21.1.Thermodynamicintegration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
21.2.AbsoluteFreeEnergiesusingEMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
21.3.LinearInteractionEnergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
21.4.Umbrellasampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
21.5.ReplicaExchangeMolecularDynamics(REMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
21.6.AdaptivelybiasedMD,steeredMD,andumbrellasamplingwithREMD . . . . . . . . . . . . . . 383
21.7.SteeredMolecularDynamics(SMD)andtheJarzynskiRelationship . . . . . . . . . . . . . . . . 390
22.ConstantpHcalculations 395
22.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
22.2.PreparingasystemforconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
22.3.RunningatconstantpH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
22.4.AnalyzingconstantpHsimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
22.5.ExtendingconstantpHtoadditionaltitratablegroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
22.6.ConstantpHMDReplicaExchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
22.7.cphstats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
23.NMR,X-ray,andcryo-EM/ETrefinement 411
23.1.Distance,angleandtorsionalrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
23.2.NOESYvolumerestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
23.3.Chemicalshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
23.4.Pseudocontactshiftrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
23.5.Directdipolarcouplingrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
23.6.ResidualCSAorpseudo-CSArestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
23.7.PreparingrestraintfilesforSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
23.8.GettingsummariesofNMRviolations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
23.9.Time-averagedrestraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
23.10.MultiplecopiesrefinementusingLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
23.11.Somesampleinputfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
23.12.X-rayCrystallographyRefinementusingSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
23.13.EMAPrestraintsforrigidandflexiblefittingintoEMmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
24.LES 439
24.1.PreparingtouseLESwithAmber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
24.2.UsingtheADDLESprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
24.3.MoreinformationontheADDLEScommandsandoptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
24.4.Usingthenewtopology/coordinatefileswithSANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
24.5.UsingLESwiththeGeneralizedBornsolvationmodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
24.6.Casestudies: ExamplesofapplicationofLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
8
CONTENTS
25.Quantumdynamics 449
25.1.Path-IntegralMolecularDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
25.2.CentroidMolecularDynamics(CMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
25.3.RingPolymerMolecularDynamics(RPMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
25.4.Linearizedsemiclassicalinitialvaluerepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
25.5.ReactiveDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
25.6.Isotopeeffects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
26.mdgx 469
26.1.InputandOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
26.2.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
26.3.SpecialAlgorithmicFeaturesofmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
26.4.CustomizableVirtualSiteSupportinmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
26.5.RestrainedElectrostaticPotentialFittinginmdgx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
26.6.BondedTermFittinginmdgx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
26.7.ThermodynamicIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
26.8.FutureDirectionsandGoalsofthemdgxProject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
V. Analysisofsimulations 481
27.mdout_analyzer.pyandambpdb 483
27.1.ambpdb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
28.cpptraj 485
28.1.Runningcpptraj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
28.2.GeneralConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
28.3.DataSetsandDataFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
28.4.DataFileOptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
28.5.CoordinatesasaDataSet(COORDSDataSets) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
28.6.GeneralCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
28.7.TopologyFileCommands. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
28.8.TrajectoryFileCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
28.9.ActionsthatModifyTopology/Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
28.10.ActionCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
28.11.MatrixandVectorActions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
28.12.DataSetAnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
28.13.CoordinateAnalysisCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
28.14.MatrixandVectorAnalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
28.15.Matrix/VectorAnalysisExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
29.MMPBSA.py 571
29.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
29.2.PreparingforanMM/PB(GB)SAcalculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
29.3.RunningMMPBSA.py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
29.4.PythonAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
30.MM_PBSA 593
30.1.Generalinstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
30.2.Inputexplanations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
30.3.AuxiliaryprogramsusedbyMM_PBSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
30.4.APBSasanalternatePBsolverinSander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
9
CONTENTS
31.FEW 603
31.1.Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
31.2.Overviewofworkflowstepsandminimalinput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
31.3.Commonsetupofmoleculardynamicssimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
31.4.WorkflowforautomatedMM-PBSA&MM-GBSAcalculations(WAMM) . . . . . . . . . . . . 612
31.5.Linearinteractionenergyworkflow(LIEW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
31.6.Thermodynamicintegrationworkflow(TIW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
32.XtalAnalyze 629
32.1.XtalAnalyze.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
32.2.XtalPlot.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
32.3.md2map.sh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
VI. NABandAmberLite 635
33.NAB:Introduction 637
33.1.Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
33.2.Methodsforstructurecreation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
33.3.CompilingnabPrograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
33.4.ParallelExecution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
33.5.FirstExamples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
33.6.Molecules,ResiduesandAtoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
33.7.CreatingMolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
33.8.ResiduesandResidueLibraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
33.9.AtomNamesandAtomExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
33.10.Loopingoveratomsinmolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
33.11.Points,TransformationsandFrames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
33.12.CreatingWatsonCrickduplexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
34.NAB:LanguageReference 661
34.1.LanguageElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
34.2.Higher-levelconstructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
34.3.Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669
34.4.Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671
34.5.Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672
34.6.PointsandVectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673
34.7.StringFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674
34.8.MathFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674
34.9.SystemFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675
34.10.I/OFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675
34.11.MoleculeCreationFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678
34.12.CreatingBiopoloymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679
34.13.FiberDiffractionDuplexesinNAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679
34.14.ReducedRepresentationDNAModelingFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680
34.15.MoleculeI/OFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
34.16.OtherMolecularFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
34.17.DebuggingFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
34.18.Timeanddateroutines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684
34.19.Computationalresourceconsumptionfunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684
10