ÁMBAR

La forma funcional del campo de fuerza AMBER es ^{[ 4 ]}

${\displaystyle V(r^{N})=\sum _{i\in {\text{enlaces}}}{k_{b}}_{i}(l_{i}-l_{i}^{0})^{2}+\sum _{i\in {\text{ángulos}}}{k_{a}}_{i}(\theta _{i}-\theta _{i}^{0})^{2}}$

${\displaystyle +\sum _{i\in {\text{torsions}}}\sum _{n}{\frac {1}{2}}V_{i}^{n}[1+\cos(n\omega _{i}-\gamma _{i})]}$${\displaystyle +\sum _{j=1}^{N-1}\sum _{i=j+1}^{N}f_{ij}{\biggl \{}\epsilon _{ij}{\biggl [}\left({\frac {r_{ij}^{0}}{r_{ij}}}\right)^{12}-2\left({\frac {r_{ij}^{0}}{r_{ij}}}\right)^{6}{\biggr ]}+{\frac {q_{i}q_{j}}{4\pi \epsilon _{0}r_{ij}}}{\biggr \}}}$

A pesar del término campo de fuerza , esta ecuación define la energía potencial del sistema; la fuerza es la derivada de este potencial con respecto a la posición.

Los significados de los términos del lado derecho son:

• Primer término ( suma sobre los enlaces): representa la energía entre átomos unidos covalentemente. Esta fuerza armónica (de resorte ideal) es una buena aproximación cerca de la longitud de enlace de equilibrio, pero se vuelve cada vez menos precisa a medida que los átomos se separan.
• Segundo término (suma sobre los ángulos): representa la energía debida a la geometría de los orbitales electrónicos involucrados en el enlace covalente.
• Tercer término (suma sobre torsiones): representa la energía de torsión de un enlace debido al orden de enlace (por ejemplo, enlaces dobles) y a los enlaces vecinos o pares de electrones no enlazantes. Un enlace puede tener más de uno de estos términos, de modo que la energía torsional total se expresa como una serie de Fourier .
• Cuarto término (doble sumatoria sobre${\displaystyle i}$y${\displaystyle j}$): representa la energía no enlazada entre todos los pares de átomos, que se puede descomponer en energías de van der Waals (primer término de la suma) y electrostáticas (segundo término de la suma).

La forma de la energía de van der Waals se calcula utilizando la distancia de equilibrio (${\displaystyle r_{ij}^{0}}$) y profundidad del pozo (${\displaystyle \epsilon }$). El factor de${\displaystyle 2}$asegura que la distancia de equilibrio sea${\displaystyle r_{ij}^{0}}$. La energía a veces se reformula en términos de${\displaystyle \sigma }$, dónde${\displaystyle r_{ij}^{0}=2^{1/6}(\sigma )}$, como se utiliza, por ejemplo, en la implementación de los potenciales de núcleo blando.

La forma de la energía electrostática utilizada aquí supone que las cargas debidas a los protones y electrones en un átomo pueden representarse mediante una única carga puntual (o, en el caso de conjuntos de parámetros que emplean pares solitarios, mediante un pequeño número de cargas puntuales).

Para utilizar el campo de fuerza AMBER, es necesario disponer de valores para sus parámetros (por ejemplo, constantes de fuerza, longitudes y ángulos de enlace de equilibrio, cargas). Existe un número considerable de estos conjuntos de parámetros, que se describen detalladamente en el manual de usuario del software AMBER. Cada conjunto de parámetros tiene un nombre y proporciona parámetros para determinados tipos de moléculas. ^{[ 5 ]}

• Los parámetros de péptidos , proteínas y ácidos nucleicos se proporcionan mediante conjuntos de parámetros cuyos nombres comienzan con "ff" y contienen un número de año de dos dígitos, por ejemplo, "ff99". A partir de 2025, el modelo de proteína principal utilizado por el conjunto AMBER es el campo de fuerza ff19SB. Los campos de fuerza adicionales disponibles a partir de 2025 incluyen "ff14SBonlysc", "ff14SB", "ff15ipq" (polarizado implícitamente, incluyendo aminoácidos aromáticos fluorados), "ff15ipq-m" (miméticos de proteínas), "fb15" (equilibrio de fuerzas), "ff03" (ff99 con cambios de péptidos derivados cuánticamente), "ff03ua" (aproximación de átomos unidos).
  • Desde 2011, los parámetros de ácidos nucleicos se han separado como campos de fuerza independientes como OL24 (ADN 2015; construido sobre OL3 ARN 2011). OL3 es a su vez un refinamiento de ff99bsc0 (ff99 con corrección de torsión alfa/gamma de Barcelona) mediante el cambio de la torsión glicosídica. OL3 está presente en ff10, ff12SB y ff14SB. ^{[ 6 ]} AmberTools25 también incluye Tumuc1 para ADN.
• El campo de fuerza general AMBER (GAFF) proporciona parámetros para moléculas orgánicas pequeñas con el fin de facilitar las simulaciones de fármacos y ligandos de moléculas pequeñas junto con biomoléculas. Fue diseñado para cambios asignados mediante potencial electrostático restringido (cálculo cuántico), pero un método semiempírico rápido llamado AM1-BCC funciona bien. Una versión más reciente es el GAFF2 de 2015, más preciso; una reparametrización de AM1-BCC para GAFF2, llamada ABCG2, se publicó en 2024. ^{[ 7 ]}
• Los campos de fuerza GLYCAM han sido desarrollados por Rob Woods para simular carbohidratos. El más reciente es GLYCAM-06j.
• El campo de fuerza principal utilizado en el traje AMBER para los lípidos es lipid21. ^{[ 8 ]}

Se ha comprobado que los campos de fuerza recomendados funcionan bien entre sí al combinarlos. ff19SB funciona mejor con el modelo de agua OPC; ff14SBonlysc funciona bien con OPC3 o disolvente implícito; ff14SB está optimizado para TIP3P.

• pmemd es una reimplementación de SANDER (véase más abajo), con algunas limitaciones en cuanto a funcionalidades, creada por Bob Duke. Fue diseñada para la computación paralela y ofrece un rendimiento significativamente superior al de SANDER cuando se ejecuta en más de 8 a 16 procesadores.
  • pmemd.cuda ejecuta simulaciones en máquinas con unidades de procesamiento gráfico (GPU).
  • gem.pmemd (AmberTools) gestiona los parámetros adicionales en el campo de fuerza polarizable AMOEBA y el campo de fuerza GEM.
• nmode calcula los modos normales.
• NAB es un entorno integrado para la construcción de ácidos nucleicos, diseñado para facilitar el proceso de manipulación de proteínas y ácidos nucleicos, donde una descripción a nivel atómico ayuda a la computación.

AmberTools es una colección de herramientas que funcionan bien con AMBER y entre sí. Está disponible sin modificaciones. La mayoría de los componentes están disponibles bajo la licencia GNU GPL, otros bajo la licencia GNU LGPL, son de dominio público o tienen otra licencia de código abierto.

• Antechamber automatiza el proceso de parametrización de pequeñas moléculas orgánicas utilizando GAFF o GAFF2.
• cpptraj es una versión reescrita de ptraj, escrita en C++ para ofrecer un análisis numérico más rápido de los resultados de la simulación. Varias acciones se han paralelizado con OpenMP y MPI. pytraj es su interfaz en Python.
• LEaP (tleap/xleap) prepara los archivos de entrada para los programas de simulación.
• El programa de simulación central, denominado SANDER ( Simulated Annealing with NMR-Derived Energy Restraints ), proporciona herramientas para la minimización de energía y la dinámica molecular con una amplia variedad de opciones.
• MM-PBSA (MMPBSA.py) permite realizar cálculos de disolvente implícito en instantáneas obtenidas de simulaciones de dinámica molecular.

AMBER no incluye funciones de visualización, que normalmente se realizan con Visual Molecular Dynamics (VMD). Ptraj ya no es compatible desde AmberTools 13.

1. Duan, Yong; Wu, Chun; Chowdhury, Shibasish; Lee, Mathew C.; Xiong, Guoming; Zhang, Wei; Yang, Rong; Cieplak, Piotr; et al. (2003). "Un campo de fuerza de carga puntual para simulaciones de mecánica molecular de proteínas basado en cálculos mecánicos cuánticos de fase condensada". Journal of Computational Chemistry . 24 (16): 1999– 2012. doi : 10.1002/jcc.10349 . PMID 14531054 . S2CID 283317 .