Amberで力場パラメータを作成する

概要

リガンド-タンパク質の複合体の力場パラメータ(拡張子が.prmtop.inpcrd)を作成する。

環境

AmberTools19

タンパク質の準備

タンパク質についてはパラメータを作成する前にいくつか注意点がある

  • 解像度は十分高いか
  • 欠損残基はあるか:キャップを形成するかモデリングする必要を検討
  • 欠損原子はあるか:leapで補強してくれるが、補強が原因で原子が重なってしまう可能性がある。
  • 金属があるかどうか:新たに力場を準備する必要があるか検討する。
  • 変異残基はあるか:leapでエラーが出る。変異残基の力場を準備する必要がある
  • ジスルフィド結合はあるか:あればシステインの残基名を変更する必要がある
  • ヒスチジンプロトン化:プロトン化によって残基名を変更する必要がある。何も変更をしないと、全てHIEになる。

    Amberではtleapを実行する前の準備としてpdb4amberを実行することが推奨されている。pdb4amberを実行すると、ジスルフィド結合を自動的に考慮してくれる。

リガンドの準備

リガンド総電荷を計算する。これをlig_chargeとする。その後、以下を実行する。antechambergaff(Generate Amber Force Field)を参考にして各原子の電荷を計算し、parmchk2gaffで補いきれなかったパラメータを作成する。

#!/bin/bash

lig_mol2=lig.mol2
out_name=lig_out
lig_charge=1
LigResName='Lig'

antechamber -fi mol2 -i ${lig_mol2} -fo mol2 -o ${out_name}.mol2 -at gaff -c bcc -nc ${lig_charge} -rn {LigResName} > antechamber.log

parmchk2 -i -f ${out_name}.mol2 -o ${out_name}.frcmod > parmchk2.log

複合体のパラメータ作成

以下のtest.inを作成する。Amberで用意されている各力場パラメータと、先ほど作成したリガンドのmol2、frcmodファイルを読み込んで複合体のパラメータを作成する。

source leaprc.protein.ff14SB
source leaprc.gaff

loadamberparams ${out_name}.frcmod

prt = loadpdb prt.pdb
lig = loadmol2 lig_out.mol2
sys = combine{prt lig}
charge prt
charge lig

saveamberparam sys sys.prmtop sys.inpcrd
savepdb sys sys.pdb
quit

test.inをtleapコマンドで実行する。

$ tleap -f test.in 

ジスルフィド結合を定義する

タンパク質にジスルフィド結合があれば、定義する必要がある。原子間が結合していることを示す。ここでは二つの方法を紹介する。

  • pdbファイルの最後に結合情報を記す。以下のようにインデックス番号で指定する。pdb4amberを実行するとシステイン残基が2Å以内であればジスルフィド結合と判定され自動的にCONECT情報が追加される。
ATOM    950  CG2 VAL A 124      28.143  10.116  17.555  1.00 22.08           C  
ATOM    951  OXT VAL A 124      27.661  12.956  19.992  1.00 22.31           O  
TER   
CONECT  194  642
CONECT  310  727
END
  • tleapを実行時にleapファイル内で指定する。以下のように残基番号で指定する。
bond prt.32.SG prt.35.SG

金属を考慮する

  • イオンとして計算する
    amber内で用意されている力場を指定する。この他にもいくつか金属イオンの力場は用意されているので適当なものを選択する。
loadoff atomic_ions.lib
loadamberparams frcmod.ions2341m_126_spce
loadamberparams frcmod.ions1lm_126_spce
  • 新しい力場を導入する
    Offファイルとfrcmodファイルの二つを用意し、以下のように読み込む
loadoff test.off
loadamberparams test.frcmod