docs/user-guide/force-fields.rst

   1 .. _gmx-ff-included:
   2
   3 Force fields in |Gromacs|
   4 =========================
   5
   6 .. _gmx-amber-ff:
   7
   8 AMBER
   9 ^^^^^
  10
  11 `AMBER`_ (Assisted Model Building and Energy Refinement) refers both to a set of molecular mechanical
  12 :ref:`force fields <gmx-force-field>` for the simulation of biomolecules and a package of molecular simulation programs.
  13
  14 |Gromacs| versions higher than 4.5 support the following AMBER force fields natively:
  15
  16 * AMBER94
  17 * AMBER96
  18 * AMBER99
  19 * AMBER99SB
  20 * AMBER99SB-ILDN
  21 * AMBER03
  22 * AMBERGS
  23
  24 Information concerning the force field can be found using the following information:
  25
  26 * `AMBER Force Fields <http://ambermd.org/#ff>`__ - background about the AMBER force fields
  27 * `AMBER Programs <http://ambermd.org/#code>`__ - information about the AMBER suite of
  28   programs for molecular simulation
  29 * `ANTECHAMBER/GAFF <http://ambermd.org/antechamber/antechamber.html>`__ -
  30   Generalized Amber Force Field (GAFF) which is supposed to provide parameters
  31   suitable for small molecules that are compatible with the AMBER protein/nucleic
  32   acid force fields. It is available either together with AMBER, or through the
  33   antechamber package, which is also distributed separately. There are scripts
  34   available for converting AMBER systems (set up, for example, with GAFF) to
  35   |Gromacs| (`amb2gmx.pl <https://github.com/choderalab/mmtools/blob/master/converters/amb2gmx.pl>`__,
  36   or `acpypi.py <https://github.com/choderalab/mmtools/blob/master/converters/acpypi.py>`_),
  37   but they do require an AMBER installation to work.
  38
  39 Older GROMACS versions need a separate installation of the ffamber ports:
  40
  41 * `Using AMBER Force Field in GROMACS <http://chemistry.csulb.edu/ffamber/>`__
  42   - known as the "ffamber ports," a number of AMBER force fields, complete with documentation.
  43
  44 * Using the ffamber ports with |Gromacs| requires that the input structure files adhere to
  45   the AMBER nomenclature for residues.  Problematic residues involve termini (prefixed with
  46   N and C), lysine (either LYN or LYP), histidine (HID, HIE, or HIS), and cysteine (CYN or CYX).
  47   Please see the `ffamber documentation <http://chemistry.csulb.edu/ffamber/#usage>`__.
  48
  49 .. _AMBER: http://ambermd.org/
  50
  51 .. _gmx-charmm-ff:
  52
  53 CHARMM
  54 ^^^^^^
  55
  56 `CHARMM`_ (Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics) is a both a set of force fields and
  57 a software package for :ref:`molecular dynamics <gmx-md>` simulations and analysis. Includes united atom
  58 (CHARMM19) and all atom (CHARMM22, CHARMM27, CHARMM36) :ref:`force fields <gmx-force-field>`.  The CHARMM27 force field
  59 has been ported to GROMACS and is officially supported as of version 4.5.  CHARMM36 force field files can be
  60 obtained from the `MacKerell lab website`_, which regularly produces up-to-date CHARMM force field files in GROMACS format.
  61
  62 .. _CHARMM: http://www.charmm.org/
  63 .. _MacKerell lab website: http://mackerell.umaryland.edu/charmm_ff.shtml#gromacs
  64
  65 For using CHARMM36 in |Gromacs| 5.0 and newer, please use the following settings in the :ref:`mdp` file::
  66
  67     constraints = h-bonds
  68     cutoff-scheme = Verlet
  69     vdwtype = cutoff
  70     vdw-modifier = force-switch
  71     rlist = 1.2
  72     rvdw = 1.2
  73     rvdw-switch = 1.0
  74     coulombtype = PME
  75     rcoulomb = 1.2
  76     DispCorr = no
  77
  78 Note that dispersion correction should be applied in the case of lipid monolayers, but not bilayers.
  79
  80 Please also note that the switching distance is a matter of some debate in lipid bilayer simulations,
  81 and it is dependent to some extent on the nature of the lipid. Some studies have found that an 0.8-1.0 nm
  82 switch is appropriate, others argue 0.8-1.2 nm is best, and yet others stand by 1.0-1.2 nm. The user
  83 is cautioned to thoroughly investigate the force field literature for their chosen lipid(s) before beginning a simulation!
  84
  85 Anyone using very old versions of |Gromacs| may find this script useful:
  86
  87     CHARMM to |Gromacs| - perl scripts intended to facilitate calculations using |Gromacs| programs and CHARMM forcefields (needed for |Gromacs| versions < 4.5). (`link <http://www.gromacs.org/@api/deki/files/76/=charmm_to_gromacs.tgz>`_)
  88
  89 .. _gmx-gromos-ff:
  90
  91 GROMOS
  92 ^^^^^^
  93
  94 `GROMOS`_ is is a general-purpose molecular dynamics computer simulation package for the
  95 study of biomolecular systems. It also incorporates its own force field covering proteins,
  96 nucleotides, sugars etc. and can be applied to chemical and physical systems ranging from
  97 glasses and liquid crystals, to polymers and crystals and solutions of biomolecules.
  98
  99 |Gromacs| supports the GROMOS force fields, with all parameters provided in the distribution
 100 for 43a1, 43a2, 45a3, 53a5, 53a6 and 54a7. The GROMOS force fields are
 101 :ref:`united atom force fields <gmx-force-field>`, i.e. without explicit aliphatic (non-polar) hydrogens.
 102
 103 * GROMOS 53a6 - in GROMACS format (J. Comput. Chem. 2004 vol. 25 (13): 1656-1676).
 104 * GROMOS 53a5 - in GROMACS format (J. Comput. Chem. 2004 vol. 25 (13): 1656-1676).
 105 * GROMOS 43a1p - 43a1 modified to contain SEP (phosphoserine), TPO (phosphothreonine),
 106   and PTR (phosphotyrosine) (all PO42- forms), and SEPH, TPOH, PTRH (PO4H- forms).
 107
 108 .. TODO Add new force fields to the list
 109
 110 .. _GROMOS: http://www.igc.ethz.ch/gromos/
 111 .. _reference manual: gmx-manual-parent-dir_
 112
 113
 114 .. _gmx-opls:
 115
 116 OPLS
 117 ^^^^
 118
 119 OPLS (Optimized Potential for Liquid Simulations) is a set of force fields developed by
 120 Prof. William L. Jorgensen for condensed phase simulations, with the latest version
 121 being `OPLS-AA/M <http://zarbi.chem.yale.edu/oplsaam.html>`__.
 122
 123 The standard implementations for those force fields are the *BOSS* and *MCPRO*
 124 programs developed by the `Jorgensen group <http://zarbi.chem.yale.edu/software.html>`__
 125
 126 As there is no central web-page to point to, the user is advised to consult the
 127 original literature for the `united atom (OPLS-UA) <https://doi.org/10.1021%2Fja00214a001>`__
 128 and `all atom (OPLS-AA) <https://doi.org/10.1021%2Fja9621760>`__ force fields, as well as the
 129 Jorgensen group `page <http://zarbi.chem.yale.edu/>`__