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AMBER分子动力学简例（一）

概述

以下是使用AMBER包的简单教程，希望对开始学习分子动力学的同学有用处。申明一下，以下教程原版来自网上，是最最基本的教程，同时也非常实用，有非常好的借鉴意义。

AMBER分子动力学程序包是加州圣弗兰西斯科大学（University of California San Francisco,UCSF)的Peter A Kollman和其同事编的，程序很全，现在已经发展到版本9.0。AMBER功能涵盖种类非常多的生物分子，包括蛋白、核算以及药物小分子。软件详细情况请浏览http://amber.scripps.edu.

以下是AMBER软件包中四个主要的大程序：

Leap：用于准备分子系统坐标和参数文件，有两个程序：

           xleap：X－windows版本的leap，带GUI图形界面。

           tleap：文本界面的Leap。

Antechamber：用于生成少见小分子力学参数文件的。有的时候一些小分子Leap程序不认识，

                        需要加载其力学参数，这些力学参数文件就要antechamber生成。

Sander：MD数据产生程序，即MD模拟程序，被称做AMBER的大脑程序。

Ptraj：MD模拟轨迹分析程序。

学习项目

本教程研究的题目是脑下垂体荷尔蒙之一的oxytocin，需要X光衍射晶体结构文件1NPO.PDB。该文件包含了该荷尔蒙和其运载蛋白的复合物，可以从蛋白数据库下载。

PDB文件是不包含氢原子的，Leap程序会自动的加上PDB文件缺少的东西。当第一次使用PDB文件的时候，要十分留意文件包含的信息，所以PDB文件缺少的残疾、侧链或者添加的变异都在这个地方记录。可以用文本阅读程序阅读PDB文件头部的信息，即以REMARKS开头的信息文本行。PDB一个重要的信息是SSBOND记录，该记录说明结构中二硫键的位置，这样的信息在使用Leap程序建立分子结构的时候需要。在本教程中，我们将比较oxytocin在真空和溶液中分子动力学的差异，如果没有二硫键，将影响整个结果。整个过程在Linux系统下完成，如对Linux不熟悉，请翻阅有关Linux书籍。

建立项目目录，并进入该目录：

mkdir  myproj

cd myproj

下载1NPO.PDB文件到该目录下，使用文本阅读器阅读该PDB文件。从在文件的开头部分可以得到该文件是一个二聚物的PDB文件，删除文件中A、C、和D链对应的文本行，剩下的就是oxytocin的晶体机构了，保存为oxyt.pdb文件。

使用Swiss PDB viewer分析以下oxyt.pdb文件，可以得知该pdb文件缺少了一个侧链。如果使用Deep View，它会自动给文件加上侧链。重新保存pdb文件为oxyt.pdb文件。

xleap和tleap程序功能是一样的，都是准备分子结构的坐标文件和拓扑文件。xleap启动一个X界面，比较慢。tleap纯文本，要快一些，我们选择tleap：

tleap  -s  -f    leaprc.ff03

其中leaprc.ff03是AMBER的2003力场文件。力场是一个很重要的文件，定义了分子、原子和残疾等的信息，请查阅有关资料。

oxy=loadpdb oxyt.pdb

该命令读入oxyt.pdb文件到oxy变量中。

bond  oxy.1.SG oxy.6.SG

连接oxy变量的第一和第六个残疾的SG原子，即是连接二硫键。可以使用check命令检查oxy是否完好，没有特殊情况的话，最后应该是“OK”，表示分子系统状态是好的，可以保存。

check oxy

接下来就是保存分子系统了：

saveamberparm  oxy  oxy_vac.top  oxy_vac.crd

其中oxy_vac.top和oxy_vac.crd分别是分子系统真空状态下的拓扑和坐标文件。

接下来要给分子系统添加水环境，

solvateoct  oxy  TIP3PBOX   9.0 

该命令让Leap程序使用TIP3PBOX水模型,水环境距离分子为9纳米。也可以用solvatebox命令，但是solvatebox添加的水环境是一个立方体，不是八面体。一般要求水表面到蛋白距离要达到8.5纳米，避免MD过程中蛋白冲出水环境，但是水环境越大计算时间将越长。如果MD过程内含PME，那么水箱长度要大于2倍截矩（cutoff），截矩在MD配置文件中定义。加溶剂之后，要计算系统是否为电中性，使用命令：

charge oxy

如果现实不是电中性，要使用addions添加反性电荷，如Cl－或者Na＋等。

最后保存溶剂环境的系统拓扑结构和坐标文件，并退出Leap程序：

saveamberparm  oxy   oxy.top  oxy.crd

quit

也可以把命令集中到一个，让tleap读取。如将上面的命令集中到以下文件中

"oxy.leaprc"

source  leaprc.ff03

oxy=loadpdb oxyt.pdb

bond oxy.1.SG  oxy.6.SG

check oxy

saveamberparm oxy oxy_vac.top oxy_vac.crd

solvateoct oxy

saveamberparm oxy oxy.top oxy.crd

quit

将以上两横线之间的命令保存为"oxy.leaprc"，然后使用以下命令一步搞定：

tleap  -s  -f   oxy.leaprc

到此，分子系统准备已经完成，目录中会多了一个leap.log文件，这是Leap程序的记录文件，它包含了leap程序所做的一切，包括自动的和手动命令。

现在已经有了可以进行分子动力学的基本文件了，再编写sander的控制文件，就可以进行模拟了。这些将在后文中介绍。