ÁMBAR

AMBER ( Assisted Model Building with Energy Refinement ) es el nombre de un paquete de software de dinámica molecular ampliamente utilizado, desarrollado originalmente por el grupo de Peter Kollman en la Universidad de California en San Francisco . Posteriormente, también se ha utilizado para designar una familia de campos de fuerza para la dinámica molecular de biomoléculas que se pueden utilizar tanto dentro del paquete de software AMBER como con muchas plataformas computacionales modernas.

La versión original del paquete de software AMBER fue escrita por Paul Weiner como investigador postdoctoral en el laboratorio de Peter Kollman y se publicó en 1981. ^[2]

Posteriormente, U Chandra Singh amplió AMBER como investigador postdoctoral en el laboratorio de Kollman, añadiendo capacidades de dinámica molecular y energía libre.

La siguiente iteración de AMBER fue iniciada alrededor de 1987 por un grupo de desarrolladores en (y asociados con) el laboratorio Kollman, incluidos David Pearlman, David Case, James Caldwell, William Ross, Thomas Cheatham, Stephen DeBolt, David Ferguson y George Seibel. ^[3] Este equipo dirigió el desarrollo durante más de una década e introdujo una variedad de mejoras, incluida una expansión significativa de las capacidades de energía libre, alojamiento para plataformas de hardware de procesamiento paralelo y de matriz modernas (Cray, Star, etc.), reestructuración del código y control de revisión para una mayor capacidad de mantenimiento, sumas de PME Ewald, herramientas para el refinamiento de RMN y muchas otras.

Actualmente, AMBER se mantiene gracias a una colaboración activa entre David Case de la Universidad Rutgers , Tom Cheatham de la Universidad de Utah , Adrian Roitberg de la Universidad de Florida , Ken Merz de la Universidad Estatal de Michigan, Carlos Simmerling de la Universidad Stony Brook , Ray Luo de la UC Irvine y Junmei Wang de la Universidad de Pittsburgh .

El término campo de fuerza AMBER se refiere generalmente a la forma funcional utilizada por la familia de campos de fuerza AMBER. Esta forma incluye varios parámetros; cada miembro de la familia de campos de fuerza AMBER proporciona valores para estos parámetros y tiene su propio nombre.

La forma funcional del campo de fuerza AMBER es ^[4]

${\displaystyle V(r^{N})=\sum _{i\in {\text{enlaces}}}{k_{b}}_{i}(l_{i}-l_{i}^{0})^{2}+\sum _{i\in {\text{ángulos}}}{k_{a}}_{i}(\theta _{i}-\theta _{i}^{0})^{2}}$

${\displaystyle +\sum _{i\in {\text{torsiones}}}\sum _{n}{\frac {1}{2}}V_{i}^{n}[1+\cos(n\omega _{i}-\gamma _{i})]}$ ${\displaystyle +\sum _{j=1}^{N-1}\sum _{i=j+1}^{N}f_{ij}{\biggl \{}\epsilon _{ij}{\biggl [}\left({\frac {r_{ij}^{0}}{r_{ij}}}\right)^{12}-2\left({\frac {r_{ij}^{0}}{r_{ij}}}\right)^{6}{\biggr ]}+{\frac {q_{i}q_{j}}{4\pi \epsilon _{0}r_{ij}}}{\biggr \}}}$

A pesar del término campo de fuerza , esta ecuación define la energía potencial del sistema; la fuerza es la derivada de este potencial relativo a la posición.

Los significados de los términos del lado derecho son:

• Primer término ( suma de enlaces): representa la energía entre átomos unidos covalentemente. Esta fuerza armónica (de resorte ideal) es una buena aproximación cerca de la longitud de enlace de equilibrio, pero se vuelve cada vez más pobre a medida que los átomos se separan.
• Segundo término (suma de ángulos): representa la energía debida a la geometría de los orbitales electrónicos involucrados en el enlace covalente.
• Tercer término (suma de las torsiones): representa la energía necesaria para torcer un enlace debido al orden de enlace (por ejemplo, enlaces dobles) y enlaces vecinos o pares de electrones solitarios. Un enlace puede tener más de uno de estos términos, de modo que la energía de torsión total se expresa como una serie de Fourier .
• Cuarto término (doble sumatoria sobre y ): representa la energía no enlazada entre todos los pares de átomos, que puede descomponerse en energías de van der Waals (primer término de sumatoria) y electrostática (segundo término de sumatoria).${\estilo de visualización i}$${\estilo de visualización j}$

La forma de la energía de van der Waals se calcula utilizando la distancia de equilibrio ( ) y la profundidad del pozo ( ). El factor de asegura que la distancia de equilibrio sea . La energía a veces se reformula en términos de , donde , como se utiliza, por ejemplo, en la implementación de los potenciales de núcleo blando. ${\displaystyle r_{ij}^{0}}$${\displaystyle \épsilon}$${\estilo de visualización 2}$${\displaystyle r_{ij}^{0}}$${\estilo de visualización \sigma}$${\displaystyle r_{ij}^{0}=2^{1/6}(\sigma)}$

La forma de energía electrostática utilizada aquí supone que las cargas debidas a los protones y electrones en un átomo pueden representarse mediante una única carga puntual (o en el caso de conjuntos de parámetros que emplean pares solitarios, una pequeña cantidad de cargas puntuales).

Para utilizar el campo de fuerza AMBER, es necesario disponer de valores para los parámetros del campo de fuerza (por ejemplo, constantes de fuerza, longitudes y ángulos de enlace de equilibrio, cargas). Existe una gran cantidad de estos conjuntos de parámetros, que se describen en detalle en el manual de usuario del software AMBER. Cada conjunto de parámetros tiene un nombre y proporciona parámetros para determinados tipos de moléculas.

• Los parámetros de péptidos , proteínas y ácidos nucleicos se proporcionan mediante conjuntos de parámetros cuyos nombres comienzan con "ff" y contienen un número de año de dos dígitos, por ejemplo, "ff99". A partir de 2018, el modelo de proteína principal utilizado por el traje AMBER es el campo de fuerza ff14SB ^{[5] [6] .}
• El campo de fuerza general AMBER (GAFF) proporciona parámetros para pequeñas moléculas orgánicas para facilitar las simulaciones de fármacos y ligandos de moléculas pequeñas junto con biomoléculas.
• Los campos de fuerza GLYCAM han sido desarrollados por Rob Woods para simular carbohidratos.
• El campo de fuerza principal utilizado en el traje AMBER para lípidos es el lípido14. ^[7]

El paquete de software AMBER proporciona un conjunto de programas para aplicar los campos de fuerza AMBER a simulaciones de biomoléculas. Está escrito en los lenguajes de programación Fortran 90 y C , con soporte para la mayoría de los principales compiladores y sistemas operativos tipo Unix . El desarrollo lo lleva a cabo una asociación informal de laboratorios, en su mayoría académicos. Las nuevas versiones se lanzan generalmente en la primavera de los años pares; AMBER 10 se lanzó en abril de 2008. El software está disponible bajo un acuerdo de licencia de sitio , que incluye el código fuente completo, y actualmente tiene un precio de US$500 para organizaciones no comerciales y US$20.000 para organizaciones comerciales.

• LEaP prepara archivos de entrada para los programas de simulación.
• Antechamber automatiza el proceso de parametrización de pequeñas moléculas orgánicas utilizando GAFF.
• El recocido simulado con restricciones de energía derivadas de RMN (SANDER) es el programa de simulación central y proporciona facilidades para la minimización de energía y la dinámica molecular con una amplia variedad de opciones.
• pmemd es una reimplementación de SANDER con algunas funciones más limitadas, diseñada por Bob Duke. Fue diseñada para computación paralela y funciona significativamente mejor que SANDER cuando se ejecuta en más de 8 a 16 procesadores.
  • pmemd.cuda ejecuta simulaciones en máquinas con unidades de procesamiento gráfico (GPU).
  • pmemd.amoeba maneja los parámetros adicionales en el campo de fuerza polarizable AMOEBA.
• nmode calcula los modos normales.
• ptraj analiza numéricamente los resultados de la simulación. AMBER no incluye capacidades de visualización, algo que se suele hacer con Visual Molecular Dynamics (VMD). Ptraj ya no es compatible a partir de AmberTools 13.
• cpptraj es una versión reescrita de ptraj creada en C++ para brindar un análisis más rápido de los resultados de la simulación. Varias acciones se han hecho paralelizables con OpenMP y MPI.
• MM-PBSA permite realizar cálculos de disolventes implícitos en instantáneas de simulaciones de dinámica molecular.
• NAB es un entorno de construcción de ácidos nucleicos integrado diseñado para ayudar en el proceso de manipulación de proteínas y ácidos nucleicos, donde un nivel atómico de descripción facilitará el cálculo.

1. Duan, Yong; Wu, Chun; Chowdhury, Shibasish; Lee, Mathew C.; Xiong, Guoming; Zhang, Wei; Yang, Rong; Cieplak, Piotr; et al. (2003). "Un campo de fuerza de carga puntual para simulaciones de mecánica molecular de proteínas basadas en cálculos mecánicos cuánticos de fase condensada". Journal of Computational Chemistry . 24 (16): 1999–2012. doi :10.1002/jcc.10349. PMID  14531054. S2CID  283317.

• Sitio web oficial
• Archivo de listas de correo de AMBER
• Ámbar en los sistemas de clúster HPC-C5 alemanes