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AMBER力場による計算


Amber力場による分子の構造最適化について説明します。

【構造最適化と振動解析の実行】

TRP Cageを例として、Amber力場による構造最適化を実行する方法について説明します。

まず、TRP Cageの分子構造データをAmber prmtop形式およびAmber inpcrd形式で、trpcage.prmtop, trpcage.inpcrdとして準備します。

ファイルの作成には、AmberToolsのLEaPプログラムを利用します。詳しい操作方法は、Amberのマニュアルチュートリアルを参照してください。

TRP Cageのアミノ酸配列は、一文字表記で「NLYIQWLKDGGPSSGRPPPS」です。これを元に、以下の内容のLEaP入力ファイルを作成します(ファイル名は、tleap.inとします):

source leaprc.protein.ff14SB
 TRP = sequence { NASN LEU TYR ILE GLN TRP LEU LYS ASP GLY GLY PRO SER SER GLY ARG PRO PRO PRO CSER }
 saveAmberParm TRP trpcage.prmtop trpcage.inpcrd
 quit

ファイルを作成したら、AMBERの環境が構築されている場所で、以下のコマンドによりtLEaPを実行します。これにより、TRP Cageのトポロジーおよび座標ファイルが作成できます。

tleap  -f  tleap.inenter

これらtrpcage.prmtop, trpcage.inpcrdファイルはCONFLEXのインストールフォルダ内のSample_Filesフォルダにあります (Sample_Files\CONFLEX\amber\trpcage.prmtop.[prmtop|inpcrd])。

ここでは、ファイルフォーマットの詳細は省略します。詳しくはAmberのファイルフォーマットを解説しているページをご覧ください。また、prmtopファイルに関してはこちらのファイルに詳しくの説明されています。

trpcage.prmbopファイルの先頭だけ示します。系内の、原子数・残基数や各原子に割り当てられている原子名などが示されています。このファイルには、シミュレーション中に変化しない情報が含まれています。

%VERSION  VERSION_STAMP = V0001.000  DATE = 12/01/20  16:04:37
%FLAG TITLE
%FORMAT(20a4)
NASN
%FLAG POINTERS
%FORMAT(10I8) 
     304      12     150     160     346     219     700     656       0       0
    1701      20     160     219     656      53     124     138      26       0
       0       0       0       0       0       0       0       0      24       0
       0
%FLAG ATOM_NAME
%FORMAT(20a4) 
N   H1  H2  H3  CA  HA  CB  HB2 HB3 CG  OD1 ND2 HD21HD22C   O   N   H   CA  HA
CB  HB2 HB3 CG  HG  CD1 HD11HD12HD13CD2 HD21HD22HD23C   O   N   H   CA  HA  CB
HB2 HB3 CG  CD1 HD1 CE1 HE1 CZ  OH  HH  CE2 HE2 CD2 HD2 C   O   N   H   CA  HA
CB  HB  CG2 HG21HG22HG23CG1 HG12HG13CD1 HD11HD12HD13C   O   N   H   CA  HA  CB
HB2 HB3 CG  HG2 HG3 CD  OE1 NE2 HE21HE22C   O   N   H   CA  HA  CB  HB2 HB3 CG
  〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜

trpcage.inpcrdファイルの先頭だけ示します。分子に付けられている名前・原子数に続いて、各原子の座標がX, Y, Zの順番に保存されています。

NASN
304
3.3257700   1.5479090  -0.0000016   4.0461540   0.8399910  -0.0000029
2.8230940   1.4995080  -0.8746870   2.8230970   1.4995070   0.8746850
3.9700480   2.8457950  -0.0000001   3.6716630   3.4001290  -0.8898200
3.5769650   3.6538380   1.2321430   2.4969950   3.8010750   1.2413790
3.8774840   3.1157950   2.1311970   4.2537000   5.0171120   1.2321440
5.0052990   5.3404060   0.3150720   3.9848850   5.8179090   2.2659170
4.4080150   6.7337020   2.3147430   3.3596110   5.5042970   2.9944640
5.4855410   2.7052070  -0.0000044   6.0088240   1.5931750  -0.0000084
  〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜

[Interfaceから実行する場合]

まず、「trpcage.prmtop」ファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。ファイルフォーマットは、「AMBER prmtop file」を選択してください。このファイルには座標が含まれていませんので、Openをクリックすると、もう一度ダイアログが開きます。2番目のダイアログでは、座標が含まれている「trpcage.inpcrd」を選択してOpenをクリックしてください。

AMBER Interface

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのDetailsボタンをクリックします。表示される詳細設定ダイアログの中にある「Force Field」ダイアログの、「Force Field:」から「AMBER」を選択してください。 AMBER Setting

[コマンドラインから実行する場合]

trpcage.prmtop, trpcage.inpcrdをフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   trpcageenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。


【構造最適化計算の出力ファイル】

計算が正常に終了すると、以下の3つのファイルが作成されます。


Cyclohexane-F.mol

最適化により得られた構造を、入力ファイルと同じMDL-MOL形式で出力したファイルです。


Cyclohexane.mol CONFLEX 20090414283D 1 1.00000 -3.56094 0 D3D ,E = -3.561, G = 6.035E-11, M(0) MMFF94S(2010-12-04HG) 18 18 0 0 999 V2000 -1.2627 0.7290 0.2258 C 0 0 0 0 0 0.0000 1.4580 -0.2258 C 0 0 0 0 0 -1.2627 -0.7290 -0.2258 C 0 0 0 0 0 -2.1462 1.2391 -0.1742 H 0 0 0 0 0 -1.3365 0.7716 1.3195 H 0 0 0 0 0 -0.0000 2.4782 0.1742 H 0 0 0 0 0 0.0000 1.5433 -1.3195 H 0 0 0 0 0 0.0000 -1.4580 0.2258 C 0 0 0 0 0 -2.1462 -1.2391 0.1742 H 0 0 0 0 0 -1.3365 -0.7716 -1.3195 H 0 0 0 0 0 0.0000 -2.4782 -0.1742 H 0 0 0 0 0 0.0000 -1.5433 1.3195 H 0 0 0 0 0 1.2627 -0.7290 -0.2258 C 0 0 0 0 0 2.1462 -1.2391 0.1742 H 0 0 0 0 0 1.3365 -0.7716 -1.3195 H 0 0 0 0 0 1.2627 0.7290 0.2258 C 0 0 0 0 0 1.3365 0.7716 1.3195 H 0 0 0 0 0 2.1462 1.2391 -0.1742 H 0 0 0 0 0 2 1 1 0 0 3 1 1 0 0 1 4 1 0 0 1 5 1 0 0 2 6 1 0 0 2 7 1 0 0 2 16 1 0 0 3 8 1 0 0 3 9 1 0 0 3 10 1 0 0 11 8 1 0 0 12 8 1 0 0 13 8 1 0 0 14 13 1 0 0 13 15 1 0 0 16 13 1 0 0 16 17 1 0 0 16 18 1 0 0 M END




Cyclohexane.bsf

最適化構造の座標やエネルギー値などを出力したファイルです。


999.9 6 0 6 0 1 0 010.00 1.00E-06 1.00E-06 0 0 25.000010001100000000000 Cyclohexane: Cyclohexane.mol D3D ,E = -3.561, G = 6.035E-11, M(0) MMFF94S(2010-12-04HG) 18 18 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 -1.262673724 0.729005014 0.225782342 6 0 12 2 3 4 5 0 0 1 0.000000000 1.458010029 -0.225782342 6 0 12 1 6 7 16 0 0 2 -1.262673724 -0.729005014 -0.225782342 6 0 12 1 8 9 10 0 0 3 -2.146189104 1.239102857 -0.174187977 1 0 1 1 0 0 0 0 0 4 -1.336507200 0.771632792 1.319462875 1 0 1 1 0 0 0 0 0 5 -0.000000000 2.478205714 0.174187977 1 0 1 2 0 0 0 0 0 6 0.000000000 1.543265583 -1.319462875 1 0 1 2 0 0 0 0 0 7 0.000000000 -1.458010029 0.225782342 6 0 12 3 11 12 13 0 0 8 -2.146189104 -1.239102857 0.174187977 1 0 1 3 0 0 0 0 0 9 -1.336507200 -0.771632792 -1.319462875 1 0 1 3 0 0 0 0 0 10 0.000000000 -2.478205714 -0.174187977 1 0 1 8 0 0 0 0 0 11 0.000000000 -1.543265583 1.319462875 1 0 1 8 0 0 0 0 0 12 1.262673724 -0.729005014 -0.225782342 6 0 12 8 14 15 16 0 0 13 2.146189104 -1.239102857 0.174187977 1 0 1 13 0 0 0 0 0 14 1.336507200 -0.771632792 -1.319462875 1 0 1 13 0 0 0 0 0 15 1.262673724 0.729005014 0.225782342 6 0 12 2 13 17 18 0 0 16 1.336507200 0.771632792 1.319462875 1 0 1 16 0 0 0 0 0 17 2.146189104 1.239102857 -0.174187977 1 0 1 16 0 0 0 0 0 18




Cyclohexane.bso

計算に用いた力場パラメーターの数値や、各相互作用のエネルギー、更に基準振動解析により得られた熱力学的諸量、振動数、振動モードを出力したファイルです。



(A-1):選択された力場パラメーター
(A-2):選択された力場における分子構造に含まれる原子タイプ情報
(A-3):選択された力場における伸縮相互作用項の関数と使用されるパラメーターに関する情報
以下「ANGLES:」等、各相互作用項の関数とパラメーターに関する情報が出力されます。



(A-4):入力(初期)構造の座標と原子番号
(A-5):自動的に判定された原子タイプ
(A-6):自動判定された結合表
(A-7):入力(初期)構造のエネルギー勾配



(A-8):入力(初期)構造の慣性モーメントと双極子モーメント
(A-9):入力(初期)構造の各相互作用関数項の立体エネルギー



(A-10):Newton-Raphson法による構造最適化の経過
(A-11):構造最適化が収束した
(A-12):最終固有値の一覧。Cut-offの絶対値以下の固有値を0とすると、直線分子の場合は5個、それ以外では6個の固有値が0。



(A-13): 計算結果の概略を表示した後に、分子構造に関する詳細な情報を選択された力場関数の相互作用項毎に表示



(A-14):熱力学的諸関数の詳細、指定された温度、最適化構造の対称性を考慮して、内部エネルギー、エンタルピー、エントロピー、Gibbs自由エネルギー、定圧熱容量に関する分配関数量が計算される
(A-15):虚数振動、ゼロ振動、実振動の数。6個のゼロ振動と虚数振動がないことを確認すること。



(A-16): 振動数と振動モード。振動モードは、デカルト座標変位ベクトルとして表記される。オプション指定で内部座標系表記も可能。




【計算結果の可視化】

[Interfaceから実行した場合]
計算の実行後、CONFLEX Interfaceの下部にJob Managerが現れます。 Job Managerには、実行した計算の状態が表示されます。

構造最適化を行ったJobのStateがFinishedであることを確認し、表示部分(赤枠部分)をダブルクリックしてください。


Cyclohexane.bsoが開き、最適化構造が描画されます。なお、Cyclohexane.bsoファイルは入力ファイルを格納したフォルダにあります。


Viewメニューの「Vibration」を選択すると、基準振動による原子の変位ベクトルを表示することができます。

*矢印の大きさは、Viewメニューの「Controller」を選択し表示されるツールバーから変更できます。


[コマンドラインから実行した場合]
入力ファイルを格納したフォルダに、Cyclohexane-F.molとCyclohexane.bsoファイルがあります。 これらをCONFLEX Interfaceで開くことで、最適化構造を可視化できます。


Cyclohexane.bsoファイルを開いた場合、Viewメニューの「Vibration」を選択することで、基準振動による原子の変位ベクトルを表示することができます。

*矢印の大きさは、Viewメニューの「Controller」を選択し表示されるツールバーから変更できます。