用Amber进行能量分解和计算结合自由能——MMPBSA工具

 

用Amber进行能量分解和计算结合自由能

First release：2018-01-13  Last update: 2018-03-17

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Amber是一款适用于生物大分子的动力学模拟的软件，其官方网站是http://ambermd.org/index.html，目前最新版本为Amber17，Amber软件包主要包括2个部分：Amber Tools和Amber，其中Amber Tools可以免费在Amber官网下载，Tools中包含了Amber几乎所有的模块，Sander、tleap、MMPBSA等最核心的内容都可以免费使用。而另外的Amber则是唯一收费的部分，该部分主要包括了PMEMD以及GPU加速 的功能，简而言之， 如果你不追求计算速度，完全可以用免费的Amber（速度是相当慢，16线程的机器，跑2~3万原子的体系，一天大概是2~3 ns），而Amber加速之后，速度提升10倍以上。

Amber的能量分解部分是非常重要的模块，即MMPBSA，能量分解其实就是计算配体和受体之间结合的亲密程度，主要思想是将驱动二者结合的能量分解到每一个氨基酸残基上，我们可以清楚的看到每个氨基酸对配体结合的具体能量贡献，包括VDW、溶剂化能、静电能等。下面笔者简单介绍一下，用MMPBSA.py快速计算结合自由能的方法，希望对正在学习Amber的新手朋友带来帮助。

MMPBSA.py的计算过程只有一步，以前的MMPBSA.pl脚本需要多步操作，非常繁琐。输入文件mmpbsa.in内容如下：

Input file for running entropy calculations using NMode

&general

  

startframe=395, endframe=490, interval=5, keep_files=2,

 ########## startframe=100, endframe=200分别表示用于计算能量分解的起始构象和终止构象;interval表示每隔5个构象提取一个，一共是20个构象;keep_files关键词是保存临时文件，0为不保存，1为保存所有临时文件，2为保存临时文件并在计算成功结束后自动删除。

 

receptor_mask=:185-404, ligand_mask=:1-184,

              ########## receptor_mask=:2-347, ligand_mask=:1-1,分别表示定义的受体和配体的序号，这个需要必须与动力学模拟时的序号一致（在计算蛋白和蛋白的相互作用时，可以将ligand_mask的值改为对应的残基序号即可）

/

&gb

  igb = 5, saltcon = 0.15,   

                             ########## igb：Generalized Born method to use，可以设置为1，2，5，7，默认值为5 ；saltcon为盐浓度，单位mol/L

/

&pb

  istrng = 0.15, 

                                          ########## istrng表示离子强度，在PBSA计算中为mmol/L

/

 

以上参数设置参考自Amber说明书，MMPBSA.py的参数设置还有很多，但上述参数基本上能满足大多数需求，具体的参数需要根据不同的实验条件来进行设置和修改，请参考Amber说明书中的31.  MMPBSA.py，page 660

上述mmpbsa.in文件为参数输入文件，计算结合自由能还需要三个拓扑文件，complex.prmtop，receptor.prmtop和ligand.prmtop，这些拓扑文件在做动力学模拟之前就已经做好，以及最终的轨迹文件（建议将轨迹文件采用cpptraj工具去除水分子和其他离子），md1.mdcrd

准备好上述文件后，执行命令：

MMPBSA.py -O -i mmpbsa1.in -o mmpbsa.dat -cp complex.prmtop -rp receptor.prmtop -lp ligand.prmtop -y md1.mdcrd > progress.log

就可以进行计算了。结果文件中会给出三个体系（complex、receptor和ligand）的各项能量，以及总能量。结合自由能=receptor+ligand-complex

 

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