用Amber進行能量分解和計算結合自由能

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

Amber是一款適用於生物大分子的動力學模擬的軟體，其官方網站是http://ambermd.org/index.html，目前最新版本為Amber17，Amber軟體包主要包括2個部分：Amber Tools和Amber，其中Amber Tools可以免費在Amber官網下載，Tools中包含了Amber幾乎所有的模組，Sander、tleap、MMPBSA等最核心的內容都可以免費使用。而另外的Amber則是唯一收費的部分，該部分主要包括了PMEMD以及GPU加速 的功能，簡而言之， 如果你不追求計算速度，完全可以用免費的Amber（速度是相當慢，16執行緒的機器，跑2~3萬原子的體系，一天大概是2~3 ns），而Amber加速之後，速度提升10倍以上。

Amber的能量分解部分是非常重要的模組，即MMPBSA，能量分解其實就是計算配體和受體之間結合的親密程度，主要思想是將驅動二者結合的能量分解到每一個氨基酸殘基上，我們可以清楚的看到每個氨基酸對配體結合的具體能量貢獻，包括VDW、溶劑化能、靜電能等。下面筆者簡單介紹一下，用MMPBSA.py快速計算結合自由能的方法，希望對正在學習Amber的新手朋友帶來幫助。

MMPBSA.py的計算過程只有一步，以前的MMPBSA.pl指令碼需要多步操作，非常繁瑣。輸入檔案mmpbsa.in內容如下：

Input file for running entropy calculations using NMode

&general
 

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

########## startframe=100, endframe=200分別表示用於計算能量分解的起始構象和終止構象;interval表示每隔5個構象提取一個，一共是20個構象;keep_files關鍵詞是儲存臨時檔案，0為不儲存，1為儲存所有臨時檔案，2為儲存臨時檔案並在計算成功結束後自動刪除。

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

         ########## receptor_mask=:2-347, ligand_mask=:1-1,分別表示定義的受體和配體的序號，這個需要必須與動力學模擬時的序號一致（在計算蛋白和蛋白的相互作用時，可以將ligand_mask的值改為對應的殘基序號即可）

/

&gb

  igb = 5, saltcon = 0.15,   

                             ########## igb：Generalized Born method to use，可以設定為1，2，5，7，預設值為5 ；saltcon為鹽濃度，單位mol/L

/

&pb

  istrng = 0.15, 

                                          ########## istrng表示離子強度，在PBSA計算中為mmol/L

/

以上引數設定參考自Amber說明書，MMPBSA.py的引數設定還有很多，但上述引數基本上能滿足大多數需求，具體的引數需要根據不同的實驗條件來進行設定和修改，請參考Amber說明書中的31.  MMPBSA.py，page 660

上述mmpbsa.in檔案為引數輸入檔案，計算結合自由能還需要三個拓撲檔案，complex.prmtop，receptor.prmtop和ligand.prmtop，這些拓撲檔案在做動力學模擬之前就已經做好，以及最終的軌跡檔案（建議將軌跡檔案採用cpptraj工具去除水分子和其他離子），md1.mdcrd

準備好上述檔案後，執行命令：

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

就可以進行計算了。結果檔案中會給出三個體系（complex、receptor和ligand）的各項能量，以及總能量。結合自由能=receptor+ligand-complex

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