入門編

AMBER入門
コンフレックス株式会社

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入門編

はじめにAMBERとはAssisted Model Building and Energy Re nement
注）論文等で、以下の2つの意味で「AMBER」という単語が用いられている

1.

分子動力学計算プログラム・パッケージ2.

力場パラメーター・セット
2fi

•

入門編

情報源
•

Webページ
https://ambermd.org/
https://www.con ex.co.jp/prod̲amber.html

•

マニュアル
https://ambermd.org/Manuals.php
チュートリアルhttps://ambermd.org/tutorials/
本日の講習会は、このチュートリアルを元にし、いくつか項目を加えた上で行います。
3fl•

入門編

Amber Jupyter紹介•

Webベースのノートブック（ブラウザー上で動作）•ほぼ全てのAMBERコマンドを実行可能•

通常のシステム・コマンドも実行可能•

分子やグラフの表示•

作業の流れをドキュメント化できる（再利用）4

入門編

サーバー設定•サーバー設定：.bash̲pro leに追加済み•

PythonとAmberの環境を設定

source /home1/share/anaconda3/3.7/etc/profile.d/conda.shconda activate basesource /home1/share/AmberTools/amber22/amber.sh

fi5

入門編

Jupyterの起動•

Amberの環境設定が必要例）
source $HOME/Amber/amber22/amber.sh•

下記コマンドを入力するとJupyterが起動
amber.jupyter notebook•

ブラウザーにJupyterトップページが開く•

Windowsの場合、WSLで起動して別途ブラウザーを起動
amber.jupyter notebook --no-browser
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入門編

リモートサーバーとの接続•

ローカルのマシンからsshポートフォワーディング

ssh -L localhost:8000:localhost:8000 ユーザー名@ff•

サーバー側でJupyter notebookを起動

jupyter notebook --no-browser --port=8000•

ブラウザーを起動し、localhost:8000に接続

パスワード：con ex
fl7

入門編

•

ユーザー1：

ssh -L localhost:8001:localhost:8001 ulef1016@ff
jupyter notebook --no-browser --port=8001•

ユーザー2：

ssh -L localhost:8002:localhost:8002 ulef1017@ff
jupyter notebook --no-browser --port=8002

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Python3が利用できる

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Markdown形式のテキストを入力できる

入力後、Shift + Enterキーで実行

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数式入力

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入門編

Linuxのコマンド•

ファイルのリスト表示（list）
ls•

ディレクトリーの移動（change directory）
cd•

現在位置の確認（print working directory）
pwd•

ディレクトリーの作成（make directory）
mkdir
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入門編

Linuxのコマンド2•

ファイルのコピー（copy）
cp ファイル名•

ファイルの移動（move）ファイル名の変更にも使用
mv ファイル名

•

コピー先名

新しい場所

ファイルやディレクトリーの削除（remove）
rm ファイル名, rm -r ディレクトリー名•

ファイルの内容表示（more, less）
cat ファイル名
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入門編
•

「Tutorial」ディレクトリーの作成

mkdir Tutorial• 補完機能「TAB」キーを押すとファイル名が補完される
cd T （ここで「TAB」キーを押すとTutorialまで補完される）↓cd Tutorial• 複数候補がある場合、リスト表示される
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入門編

構造ファイルの作成•

トポロジーファイル：parm7
系に含まれる分子の構造パラメーターとトポロジーが記述されている•座標ファイル：rst7
系の分子の初期座標が記述されている•

使用プログラム：LEaP（xleap, tleap）
上記２ファイルを出力する
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入門編

AMBER力場
nbondsnanbles

VAMBER = ∑ bi(ri − ri,eq) + ∑ ai(θi − θi,eq)
2ii

ndihedrals ni,max V+ ∑i+ ∑1+cosnϕ−γ[(ii,n)]2i,n∑ni<j (natoms2Aijrij12rij )

Bij

− 616

natomsqiqj+ ∑ 4πε ri<j0 ijhttps://ja.wikipedia.org/wiki/力場̲(化学)#/media/ファイル:MM̲PEF.png
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入門編

Jupyterで操作開始
import pytraj as pt # トラジェクトリーモジュール
数値計算モジュールimport numpy as np#%matplotlib inline# プロットモジュール

from matplotlib import pyplot as plt

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入門編

tleapの実行方法•

全てのコマンドを記述したファイルを作成（tleap.in）%%file tleap.in# ターミナル操作の場合は、この行は不要

source leaprc.protein.ff19SB
source leaprc.water.opc
diala = sequence { ACE ALA NME }solvateOct diala OPCBOX 10.0
saveAmberParm diala diala.parm7 diala.rst7
quit•

実行!tleap -f tleap.in
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入門編

LEaPのコマンド• タンパク質用のパラメーターセットをロード

source leaprc.protein.ff19SB•

アラニン・ジペプチドの作成：LEaPの「sequence」コマンドを利用
diala = sequence { ACE ALA NME }•アラニンのN末端をアセチル基（ACE）でC末端をN-メチルアミド（NME）で保護した構造が作成される•構造は、変数「diala」に入る•

さらにLEaPの「solvateOct」コマンドで系を溶媒和
source leaprc.water.opc
solvatebox diala OPCBOX 10.0

# 溶質dialaの周りに厚み10Åで水が付加（水ボックスの大きさが10Åではない）• 分子動力学計算用のファイルの保存•「saveamberparm」コマンドでparm7およびrst7ファイルを保存
saveamberparm diala diala.parm7 diala.rst720

分子グラフィック（参考）•NGLViewを利用

未インストールの場合、ターミナルで以下を入力：

amber.conda install nglview -c conda-forge•

PyTrajに読み込み、表示

traj = pt.load(‘rst7’, top=‘parm7’)

view = nv.show_pytraj(traj)

view21

入門編

分子グラフィック（VMD）•

起動後は、右図•

File -> New Moleculeを選択•「Browse」ボタンをクリック後「parm7」ファイルを指定し、「Load」をクリック（この時点では、何も表示されない）••

さらに「Browse」で「03̲Prod.nc」を指定し「Load」をクリック「VMD」がncファイルを読めない場合は変換が必要
cpptraj -p parm7 -y 03_Prod.nc -x 03_Prod.crd

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入門編
•

「Graphical Representations」ウィ
ンドウで様々な表示調整が可能•

ウィンドウが表示されていなければ、Graphics -> Representationsを選択•

アラニン・ジペプチドだけを表示する
ため、「Selected Atoms」を「allnot water」に修正•「Drawing Method」メニューで表示方法を変更可能（図はLicorice）•

以下のチュートリアル等を参照：

http://ambermd.org/tutorials/VMD.php
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入門編

MD計算の設定ファイル•

動力学計算を行うには、トポロジーと座標ファイルの他に、設定が書かれた入力ファイルが必要

1. 構造最適化
2. 定積（NVT）0K〜300Kまで20psで昇温
3. 定圧（NPT）300K・１気圧条件下で、60psサンプリング
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入門編

•

下記内容を打ち込み、「01̲Min.in」と言うファイル名で保存%%file 01_Min.in
Minimize&cntrlimin=1,構造最適化を指定

ntx=1,rst7ファイルから構造を読み込み

irest=0,計算のリスタートではない

maxcyc=2000, 最適化サイクルの最大値
ncyc=1000,最初に行う再急降下法による構造最適化のステップ数, 残り(maxcyc - ncyc)サイクルは共役勾配法

ntpr=100,出力ファイルへの出力頻度

ntwx=0,トラジェクトリ—ファイルへの出力は行わない

cut=8.0,非結合相互作用のカットオフ距離/「&cntrl」から下の行の最初に１つ以上のスペースが入っている事に注意
最後の／の後には、改行を！

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入門編

計算の実行
•

動力学計算の実行には「pmemd」を利用•

配布環境の場合、「sander」を使用•

実行場所に以下のファイルが有る事を確認
diala.parm7
diala.rst7
01̲Min.inls
01_Min.indiala.parm7

diala.rst7
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入門編
•

構造最適化!pmemd -O -i 01_Min.in -o 01_Min.out -p diala.parm7 -c diala.rst7 -r 01_Min.ncrst-inf 01_Min.info-O

出力ファイルが存在していても上書きする-i 01_Min.in

入力ファイルの指定-o 01_Min.out

出力ファイルの指定-p diala.parm7

パラメーター・トポロジーファイルの指定-c diala.rst7

座標ファイルの指定-r 01_Min.ncrst

最適化座標の入ったリスタート出力ファイルの指定-inf 01_Min.mdinfo

計算情報を出力するファイルの指定•

最適化計算は、数秒程度で終了します•

計算が終了すると、出力ファイル：01̲Min.out・リスタートファイ
ル：01̲Min.ncrst・情報ファイル：01̲Min.mdinfoが作成されています。このリスタートファイルを、次の昇温段階の計算で用います。
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入門編

•昇温の設定入力•昇温の動力学計算•

本番の動力学計算の設定入力•

本番の動力学計算28

入門編

MD計算結果の解析•

Amberには、解析用のツールも含まれています

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入門編

この図では、40 psあたりでのコンフォメーションの大幅な変化があります。この大きなRMSDの変化は、アラニン・ジペプチド内のPhi/Psiねじれ角の大きな変化に対応しているものと予想できます。
注）シミュレーションはランダム（ig=-1）に行っているため、全員がこのようなグラフにはなりません。

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