Tutorial AMBER – Solvatar moléculas orgánicas y equilibrarlas

Tutorial para solvatar una o mas de una molécula orgánica y rodear el sistema con algun disolvente, típicamente agua.  Este tutorial asume un poco de conocimiento e idea de las herramientas de AMBER.

La molécula de prueba es esta.  Primero se tiene que parametrizar la molécula utilizando el Generalized Amber Force Field (GAFF).  La herramienta de AmberTools para este trabajo se llama: antechamber

Ejecutar antechamber asi:

$antechamber -i baac.pdb -fi pdb -o baac.mol2 -fo mol2 -c bcc -rn BAC

Las banderas a usar son:

-i para especificar el archivo con la molécula a parametrizar, en este caso, la molécula está en el archivo baac.pdb

-fi especifica el formato del archivo, en nuestro caso es un PDB

-o especifica el archivo donde va a guardar la información generada con antechamber.  En este archivo va a guardar varias cosas, primero va a tratar de reconocer los enlaces, los tipos de hibridación, los ángulos, etc, de cada átomo de la molécula y le va a asignar un tipo de átomo de acuerdo al campo de fuerza GAFF.  Tambien en este archivo va a guardar el valor de la carga calculado por medio de lo que se seleccione con la bandera -c, en este caso, con el Hamiltoniano semiempírico AM1

-fo especifica el formato de salida, en este caso, mol2

-c especifica el método para calcular las cargas.  Vamos a usar bcc pues es rápido y da resultados aceptables en mi experiencia

-rn es el nombre que se da al residuo dentro del archivo de salida.  Esto es muy importante porque si no se especifica, el PDB y los parámetros no coinciden.

Cuando termine el cálculo, vamos a tener el archivo: baac.mol2

Este archivo tiene los átomos designados de acuerdo al GAFF y los valores del potencial electrostático generados con AM1.  Para comprobar que nuestra molécula tiene todos los parámetros, vamos a utilizar la herramienta de AmberTools llamada parmchk (parameter check).  Se corre así:

parmchk -i baac.mol2 -f mol2 -o baac.frcmod

Las banderas son:

-i para decirle que archivo tiene que revisar, en nuestro caso, es el archivo generado por antechamber: baac.mol2

-f para decirle que tipo de archivo es, es un mol2

-o para decir en donde tiene que guardar los parámetros que faltan o el resultado de la parametrización.  Los archivos de tipo frcmod (o force field modification) contienen los parámetros adicionales que se deben de cargar para tener la descripción de la molécula completa.  Si este archivo no tiene ninguna advertencia o warnings, quiere decir que el GAFF pudo describir todos los átomos que encontro.

Se genera un archivo con el nombre de baac.frcmod.  El contenido es:

remark goes here
MASS

BOND

ANGLE

DIHE
ca-ca-cg-ch   1    0.000       180.000           2.000      same as X -c1-ca-X
cg-ch-ca-ca   1    0.000       180.000           2.000      same as X -c1-ca-X

IMPROPER
ca-ca-ca-ha         1.1          180.0         2.0          General improper torsional angle (2 general atom types)
ca-ca-ca-ca         1.1          180.0         2.0          Using default value
ca-ca-ca-cg         1.1          180.0         2.0          Using default value
ca-ca-ca-ch         1.1          180.0         2.0          Using default value

NONBON

El archivo nos dice que hay 2 parámetros dihedros y 4 parámetros de ángulos impropios que se necesita agregar a la hora de generar el archivo de topologia de la molécula.  Estamos de suerte pues si estas lineas salen con mensaje de tipo: “Needs revision”, eso quiere decir que no tiene parámetros y nosotros tenemos que complementar la información.

Ya con estos archivos, podemos arrancar tleap y generar la topología de la molécula solvatada y sus coordenadas.

$ tleap -s -f leaprc.ff99SB

Arranca tleap y carga el campo de fuerza versión 99 con las modificaciones de Stony Brook.  Dentro de tleap, seguir los comandos:

$ source leaprc.gaff

Carga el campo de fuerza generalizado GAFF.  Si no lo cargamos, nuestra molécula no va a tener parámetros, pues la parametrizamos con GAFF.

$ loadamberparams baac.frcmod

Cargar las modificaciones del campo de fuerza que generamos con parmchk

$ BAC = loadmol2 baac.mol2

Cargar un mol2 que se llama baac.mol2 (lo generamos con antechamber) y guardarlo en la variable de nombre BAC.  Si todos los parámetros estan bien, este comando no debe de generar ningun error.

$ check BAC

Este comando nos permite corroborar que la molecula BAC tiene todos sus parámetros.

$ solvatebox BAC TIP3PBOX 10

El comando solvatebox va a solvatar la molécula BOX con una caja octaédrica truncada.  Va a llenarla con aguas de tipo TIP3P en una caja de 10 A de distancia a partir de los ejes del soluto, o sea, alrededor de la molécula BAC.  Mas tipos de solventes estan disponibles en AMBER aqui o una descripción detallada en el manual de AMBER.

$ savepdb BAC baac_solvated.pdb

Guardar un pdb para ver como quedó.

$ saveamberparm BAC baac_solvated.topo baac_solvated.coords

Generar los archivos de topología y coordenadas para arrancar una dinámica.  El paso siguiente sería hacer un equilibrio inicial, calentamiento y equilibrio para eliminar que las moléculas del disolvente se encimen y para que el sistema llegue a un equilibrio.

$ quit

Salir de tleap

 

 

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