문자

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개발자	마틴 카플러스, 액셀러리스
초기 릴리즈	1983년, 39년 전
안정된 릴리스	c47b1 / 2022; 0년 전
프리뷰 릴리즈	c48a1 / 2022; 0년 전
기입처	FORTRAN 77-95, CUDA
운영 체제	Unix 계열: Linux, macOS, AIX, iOS
플랫폼	x86, ARM, Nvidia GPU, Cray XT4, XT5
이용가능기간:	영어
유형	분자역학
면허증.	독자 사양
웹 사이트	www.academiccharmm.org

Harvard의 고분자역학(CHARMM)은 분자역학에서 널리 사용되는 힘장 집합의 이름이며,^[3]^[4]^[5] 이와 관련된 분자역학 시뮬레이션 및 분석 컴퓨터 소프트웨어 패키지의 이름입니다.CHARMM Development Project에는 Harvard에 있는 Martin Karplus 및 그의 그룹과 협력하여 CHARMM 프로그램을 개발하고 유지하는 전세계 개발자 네트워크가 포함되어 있습니다.이 소프트웨어의 라이센스는 학계에서 일하는 사람들과 단체들에게 유료로 제공됩니다.

강제 필드

단백질의 CHARMM 힘장에는 통합원자(때로는 확장원자라고도 함) CHARMM19,^[6] 모든 원자^[7] CHARMM22/CMAP 및 그 이면체 전위 보정 변종 CHARMM22/CMAP, 최신 버전 CHARMM27 및 CHARMM36M 및 CHARM36과 같은 다양한 수정이 포함된다.^[8]CHARMM22 단백질 힘장에서 원자 부분 전하는 모델 화합물과 물의 상호작용에 대한 양자 화학 계산에서 도출되었다.또한 CHARMM22는 TIP3P 명시수 모델에 대해 파라미터화된다.그럼에도 불구하고, 종종 암묵적인 용제와 함께 사용됩니다.2006년에는 암묵적 용제 ^[9]GBSW와 일관되게 사용하기 위해 CHARMM22/CMAP의 특별 버전이 재측정되었다.

CHARMM22 힘 필드에는 다음과 같은 잠재적 에너지 ^[7]^[10]함수가 있습니다.

$디스플레이 스타일V=&\sum _{cos}k_{b}(b-b_{0})^{2}+\sum _{cos}k_{\theta }(\theta -\theta _{0})^{2}+\sum _{dihedrals}k_{\phi }[1+cos(n\phi - phi - phi })\sum\&+\sum _{impropers}k_{\opha _{0}^{2}+\sum _{Urey-Bradley}k_{u}(u-u_{0})^2}\\nonbonded}\left(\epsilon _{ij}\[\fr])\left(\opsilon _{fr_{{{fr})^{6}\right]+{\frac {q_{i}q_{j}}{\ipsilon _{r}r_{ij}}\right)\end{aligned}}}$

결합, 각도, 이면체 및 비결합 항은 앰버와 같은 다른 힘장에서 발견되는 항과 유사합니다.CHARMM 힘 필드에는 평면 외 벤딩(연속적으로 결합되지 않은 4개의 원자 중 임의의 세트에 적용됨)에 대한 부적절한 용어도 포함됩니다. $k_{\omega }$ 서 k ${\$ \ $display$ style $k_{$ \ obega $k_{\omega }$ }는 힘 $\omega -\omega _{0}$ 이고 $\omega -\omega _{0}$ {\ - ${\$ $\omega -\omega _{0}$ \ $display style$ \ $obe _ 0}$ 은 $k_{\omega }$ $\omega -\omega _{0}$ 평면 외 각도입니다.Urey-Bradley 항은 결합 및 각도 항에서 설명되지 않는 1,3개의 비결합 상호작용을 설명하는 교차항이다. $k_{u}$ u { $displaystyle$ k $_$ { $u}$ 는 $k_{u}$ 힘 상수이고u { $displaystyle$ u $}$ 는 $u$ 1,3개의 원자 사이의 거리이다.

DNA, RNA 및 지질에는 CHARMM27이^[11] 사용됩니다.단백질-DNA 결합 시뮬레이션을 위해 예를 들어 CHARMM22 및 CHARMM27과 같은 일부 힘장을 조합할 수 있다.또한 NAD+, 당류, 불소화합물 등의 파라미터를 다운로드 할 수 있다.이러한 포스 필드 버전 번호는 처음 등장한 CHARMM 버전을 나타내지만 물론 후속 버전의 CHARM 실행 가능 프로그램과 함께 사용할 수 있습니다.마찬가지로, 이러한 힘의 장은 이들을 지원하는 다른 분자 역학 프로그램 내에서 사용될 수 있습니다.

2009년에는 약물 유사 분자(CGenFF)에 대한 일반 힘장이 도입되었다."많은 수의 복소환 발판을 포함한 생체 분자와 약물 유사 분자에 존재하는 광범위한 화학 그룹을 포함합니다."^[12]일반 힘 장은 화학 그룹의 모든 조합을 포함하도록 설계되어 있습니다.이것은 필연적으로 분자의 특정 하위 클래스를 나타내기 위한 정확도의 저하를 수반한다.사용자들은 맥케렐의 웹사이트에서 CGen을 사용하지 말 것을 거듭 경고한다.(단백질, 핵산 등에 대해 전술한 바와 같이) 이미 특수화된 힘장이 존재하는 분자의 FF 파라미터.

CHARMM에는 두 가지 접근방식을 사용하여 분극 가능한 힘장도 포함되어 있다.하나는 변동 전하(FQ) 모델, 즉 전하 균등화(CHEQ)^[13]^[14]를 기반으로 합니다.다른 하나는 Drude 쉘 또는 분산 ^[15]^[16]발진기 모델을 기반으로 합니다.

이 모든 힘의 장에 대한 매개변수는 맥케렐 웹사이트에서 ^[17]무료로 다운로드 할 수 있다.

분자역학 프로그램

CHARMM 프로그램을 통해 광범위한 분자 시뮬레이션을 생성하고 분석할 수 있습니다.가장 기본적인 종류의 시뮬레이션은 주어진 구조와 분자 역학 궤적의 생산 실행을 최소화하는 것입니다.보다 진보된 특징으로는 자유 에너지 섭동(FEP), 준조화 엔트로피 추정, 상관 분석 및 결합 양자, 양자 역학 - 분자 역학(QM/MM) 방법이 있다.

CHARMM은 분자역학을 위한 가장 오래된 프로그램 중 하나입니다.많은 기능이 축적되어 있으며, 그 중 일부는 약간의 변형과 함께 여러 키워드로 중복되어 있습니다.이는 전 세계적으로 CHARMM에 대해 많은 전망과 그룹이 노력하고 있기 때문에 피할 수 없는 결과입니다.changelog 파일과 CHARMM의 소스 코드는 주요 개발자의 이름과 소속을 찾는 데 좋은 장소입니다.미시건 대학의 찰스 L. 브룩스 3세 그룹의 참여와 조정은 두드러진다.

소프트웨어 이력

1969년경, 작은 분자를 위한 잠재적 에너지 기능을 개발하는 데 상당한 관심이 있었다.CHARMM은 하버드 마틴 카플러스 그룹에서 시작되었습니다.카플러스와 당시 대학원생이었던 브루스 겔린은 주어진 아미노산 배열과 좌표 세트를 (예를 들어, X선 구조에서) 취할 수 있는 프로그램을 개발하고 이 정보를 사용하여 원자 위치의 함수로서 시스템의 에너지를 계산할 수 있는 시간을 정했다.Karplus는 (당시 이름 없는) 프로그램 개발에서 다음과 같은 주요 입력의 중요성을 인식하고 있습니다.

바이즈만 연구소의 Schneior Lifson의 그룹, 특히 하버드에 가서 일관된 힘장(CFF) 프로그램을 가져온 Arieh Warshel 출신
코넬 대학의 해롤드 셰라가의 그룹
Michael Levitt의 단백질에 대한 선구적인 에너지 계산에 대한 인식

1980년대에 드디어 신문이 등장하여 CHARMM이 공개되었다.겔린의 프로그램은 그때까지 상당히 재구성되어 있었다.이 출판물을 위해 밥 브루콜레리가 HARMM(Harvard Macholechanical Mechanics)이라는 이름을 생각해냈지만 부적절해 보였다.그래서 그들은 화학에 C를 추가했다.Karplus는 다음과 같이 말했습니다.「Bruccoleri의 원래 제안이,^[18] 이 프로그램에 종사하는 경험이 없는 과학자에게 유용한 경고가 되지 않았을까 하는 생각이 들 때가 있습니다.CHARMM은 계속 성장하고 있으며, 이 프로그램의 최신 릴리스는 2015년에 CHARMM40b2로 작성되었습니다.

Unix-Linux에서의 CHARMM 실행

이 프로그램을 사용하기 위한 일반적인 구문은 다음과 같습니다.

charmm -i filename.inp -o filename.out

charmm– 사용 중인 컴퓨터 시스템의 프로그램(또는 프로그램을 실행하는 스크립트) 이름.
filename.inp– CHARMM 명령어가 포함된 텍스트파일분자 토폴로지(위)와 힘장(파)을 로드하는 것으로 시작합니다.그런 다음 분자 구조의 데카르트 좌표를 로드한다(예: PDB 파일에서).그런 다음 분자를 수정할 수 있다(수소를 첨가하고 2차 구조를 변경).계산 섹션에는 에너지 최소화, 동적 생산 및 모션 및 에너지 상관 등의 분석 도구가 포함될 수 있습니다.
filename.out– CHARMM 실행용 로그 파일. 에코된 명령어와 다양한 양의 명령어 출력이 포함되어 있습니다.출력 인쇄 레벨은 일반적으로 증감할 수 있습니다.최소화 및 다이내믹스 등의 절차에는 출력 주파수 사양이 있습니다.온도, 에너지 압력 등의 값은 해당 주파수로 출력됩니다.

자원봉사 컴퓨팅

도킹@델라웨어 대학이 주최하는 홈은 분산 컴퓨팅용 오픈 소스 플랫폼을 사용하는 프로젝트 중 하나로 BOINC는 CHARMM을 사용하여 분자역학(MD) 시뮬레이션 및 최소화 측면에서 단백질-리간드 상호작용의 원자 세부사항을 분석했습니다.

IBM이 후원하는 World Community Grid는 Clean Energy^[19] Project라는 프로젝트를 진행했으며, CHARMM도 이 프로젝트를 완료했습니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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^ 클린 에너지 프로젝트

외부 링크

문서 및 유용한 토론 포럼이 포함된 공식 웹 사이트
공식 웹사이트, BIOVIA
CHARMM 튜토리얼 2010-10-05 Wayback Machine 아카이브 완료
MacKerell 웹 사이트, CHARMM에 대한 포스 필드 매개변수 패키지 호스트
C.Brooks 웹사이트
Harvard의 CHARMM 페이지
Roux 웹사이트
버나드 R.Brooks Group 웹 사이트
도킹@집입니다
CHARMM-GUI 프로젝트
CHARMMing (CHARMM 인터페이스 및 그래픽스 )웨이백 머신에서 2008-08-20 아카이브 완료
CHARMM 튜토리얼

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[19] 클린 에너지 프로젝트

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