सीएचएआरएमए: Difference between revisions

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|website                = {{URL|https://www.academiccharmm.org/}}
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हार्वर्ड मैक्रोमोलेक्यूलर मैकेनिक्स (CHARMM) में रसायन विज्ञान [[आणविक गतिशीलता]] के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले [[बल क्षेत्र (रसायन विज्ञान)]] के सेट का नाम है, और उनके साथ जुड़े आणविक गतिशीलता सिमुलेशन और विश्लेषण कंप्यूटर [[ सॉफ़्टवेयर |सॉफ़्टवेयर]] पैकेज का नाम है।<ref name=Brooks1983>{{cite journal |vauthors=Brooks BR, Bruccoleri RE, Olafson BD, States DJ, Swaminathan S, Karplus M |title=CHARMM: A program for macromolecular energy, minimization, and dynamics calculations |journal=J. Comput. Chem. |volume=4 |issue= 2 |pages=187–217 |year=1983 |doi=10.1002/jcc.540040211|s2cid=91559650 }}</ref><ref>{{cite encyclopedia |last=MacKerell |first=A.D. Jr. |author2=Brooks, B. |author3=Brooks, C. L., III |author4=Nilsson, L. |author5=Roux, B. |author6=Won, Y. |author7=Karplus, M. |title=CHARMM: The Energy Function and Its Parameterization with an Overview of the Program |encyclopedia=The Encyclopedia of Computational Chemistry |volume=1 |pages=271–277 |editor=Schleyer, P.v.R. |publisher=John Wiley & Sons |location=Chichester |year=1998|display-editors=etal}}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Brooks BR, Brooks CL 3rd, Mackerell AD Jr, Nilsson L, Petrella RJ, Roux B, Won Y, Archontis G, Bartels C, Boresch S, Caflisch A, Caves L, Cui Q, Dinner AR, Feig M, Fischer S, Gao J, Hodoscek M, Im W, Kuczera K, Lazaridis T, Ma J, Ovchinnikov V, Paci E, Pastor RW, Post CB, Pu JZ, Schaefer M, Tidor B, Venable RM, Woodcock HL, Wu X, Yang W, York DM, Karplus M |title=CHARMM: The biomolecular simulation program |journal=Journal of Computational Chemistry |date=29 July 2009 |volume=30 |issue=10 |pages=1545–1614 |doi=10.1002/jcc.21287 |pmid=19444816 |pmc=2810661}}</ref> CHARMM विकास परियोजना में CHARMM कार्यक्रम को विकसित करने और बनाए रखने के लिए [[हार्वर्ड]] में [[मार्टिन कारप्लस]] और उनके समूह के साथ काम करने वाले डेवलपर्स का विश्वव्यापी नेटवर्क शामिल है। इस सॉफ़्टवेयर के लाइसेंस शैक्षणिक क्षेत्र में काम करने वाले लोगों और समूहों के लिए शुल्क देकर उपलब्ध हैं।
हार्वर्ड मैक्रोमोलेक्यूलर मैकेनिक्स '''(सीएचएआरएमएम)''' में रसायन विज्ञान [[आणविक गतिशीलता|मॉलिक्यूलर डायनामिक्स]] के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले [[बल क्षेत्र (रसायन विज्ञान)|फ़ोर्स फ़ील्ड (रसायन विज्ञान)]] के सेट का नाम है, और उनके साथ जुड़े मॉलिक्यूलर डायनामिक्स सिमुलेशन और विश्लेषण कंप्यूटर [[ सॉफ़्टवेयर |सॉफ़्टवेयर]] पैकेज का नाम है।<ref name=Brooks1983>{{cite journal |vauthors=Brooks BR, Bruccoleri RE, Olafson BD, States DJ, Swaminathan S, Karplus M |title=CHARMM: A program for macromolecular energy, minimization, and dynamics calculations |journal=J. Comput. Chem. |volume=4 |issue= 2 |pages=187–217 |year=1983 |doi=10.1002/jcc.540040211|s2cid=91559650 }}</ref><ref>{{cite encyclopedia |last=MacKerell |first=A.D. Jr. |author2=Brooks, B. |author3=Brooks, C. L., III |author4=Nilsson, L. |author5=Roux, B. |author6=Won, Y. |author7=Karplus, M. |title=CHARMM: The Energy Function and Its Parameterization with an Overview of the Program |encyclopedia=The Encyclopedia of Computational Chemistry |volume=1 |pages=271–277 |editor=Schleyer, P.v.R. |publisher=John Wiley & Sons |location=Chichester |year=1998|display-editors=etal}}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Brooks BR, Brooks CL 3rd, Mackerell AD Jr, Nilsson L, Petrella RJ, Roux B, Won Y, Archontis G, Bartels C, Boresch S, Caflisch A, Caves L, Cui Q, Dinner AR, Feig M, Fischer S, Gao J, Hodoscek M, Im W, Kuczera K, Lazaridis T, Ma J, Ovchinnikov V, Paci E, Pastor RW, Post CB, Pu JZ, Schaefer M, Tidor B, Venable RM, Woodcock HL, Wu X, Yang W, York DM, Karplus M |title=CHARMM: The biomolecular simulation program |journal=Journal of Computational Chemistry |date=29 July 2009 |volume=30 |issue=10 |pages=1545–1614 |doi=10.1002/jcc.21287 |pmid=19444816 |pmc=2810661}}</ref> सीएचएआरएमएम विकास परियोजना में सीएचएआरएमएम प्रोग्राम को विकसित करने और बनाए रखने के लिए [[हार्वर्ड]] में [[मार्टिन कारप्लस]] और उनके समूह के साथ काम करने वाले डेवलपर्स का विश्वव्यापी नेटवर्क सम्मिलित है। इस सॉफ़्टवेयर के लाइसेंस शैक्षणिक क्षेत्र में काम करने वाले लोगों और समूहों के लिए शुल्क देकर उपलब्ध हैं।


== बल क्षेत्र ==
== फ़ोर्स फ़ील्ड ==


प्रोटीन के लिए CHARMM बल क्षेत्र (रसायन विज्ञान) में शामिल हैं: संयुक्त-परमाणु (कभी-कभी विस्तारित परमाणु कहा जाता है) CHARMM19,<ref name=Reiher1985>{{cite thesis |author=Reiher, III WH |title=हाइड्रोजन बॉन्डिंग का सैद्धांतिक अध्ययन|publisher=Harvard University| year=1985}}</ref> अल-अटोमा चार्म22<ref name=MacKerell1998>{{cite journal |author=MacKerell AD Jr| year=1998 |title=आणविक मॉडलिंग और प्रोटीन की गतिशीलता के अध्ययन के लिए अखिल-परमाणु अनुभवजन्य क्षमता|journal=J Phys Chem B |volume=102 |issue=18 |pages=3586–3616 |doi=10.1021/jp973084f|display-authors=etal |pmid=24889800}}</ref> और इसकी डायहेड्रल क्षमता संशोधित संस्करण CHARMM22/CMAP, साथ ही बाद के संस्करण CHARMM27 और CHARMM36 और CHARMM36m और CHARMM36IDPSFF जैसे विभिन्न संशोधन।<ref name=MacKerell2004a>{{cite journal |vauthors=MacKerell AD Jr, Feig M, Brooks III CL |year=2004 |title=Extending the treatment of backbone energetics in protein force fields: limitations of gas-phase quantum mechanics in reproducing protein conformational distributions in molecular dynamics simulations |journal=J Comput Chem |volume=25 |pages=1400–1415 |doi=10.1002/jcc.20065 |pmid=15185334 |issue=11|s2cid=11076418 }}</ref> CHARMM22 प्रोटीन बल क्षेत्र में, परमाणु आंशिक चार्ज मॉडल यौगिकों और पानी के बीच बातचीत की क्वांटम रासायनिक गणना से प्राप्त किए गए थे। इसके अलावा, CHARMM22 को TIP3P स्पष्ट [[जल मॉडल]] के लिए पैरामीट्रिज्ड किया गया है। फिर भी, इसका उपयोग अक्सर अंतर्निहित सॉल्वैंट्स के साथ किया जाता है। 2006 में, अंतर्निहित विलायक GBSW के साथ लगातार उपयोग के लिए CHARMM22/CMAP का विशेष संस्करण पुन: तैयार किया गया था।<ref name=Brooks2006>{{cite journal |vauthors=Brooks CL, Chen J, Im W |year=2006 |title=Balancing solvation and intramolecular interactions: toward a consistent generalized born force field (CMAP opt. for GBSW) |journal=J Am Chem Soc |volume=128 |pages=3728–3736 |doi=10.1021/ja057216r |pmid=16536547 |issue=11 |pmc=2596729}}</ref>
प्रोटीन के लिए सीएचएआरएमएम फ़ोर्स फ़ील्ड (रसायन विज्ञान) में सम्मिलित हैं: संयुक्त-परमाणु (कभी-कभी विस्तारित परमाणु कहा जाता है) CHARMM19,<ref name=Reiher1985>{{cite thesis |author=Reiher, III WH |title=हाइड्रोजन बॉन्डिंग का सैद्धांतिक अध्ययन|publisher=Harvard University| year=1985}}</ref> अल-अटोमा चार्म22<ref name=MacKerell1998>{{cite journal |author=MacKerell AD Jr| year=1998 |title=आणविक मॉडलिंग और प्रोटीन की गतिशीलता के अध्ययन के लिए अखिल-परमाणु अनुभवजन्य क्षमता|journal=J Phys Chem B |volume=102 |issue=18 |pages=3586–3616 |doi=10.1021/jp973084f|display-authors=etal |pmid=24889800}}</ref> और इसकी डायहेड्रल क्षमता संशोधित संस्करण सीएचएआरएमएम22/सीएमएपी, साथ ही बाद के संस्करण सीएचएआरएमएम27 और सीएचएआरएमएम36 और सीएचएआरएमएम36m और सीएचएआरएमएम36आईडीपीएसएफएफ जैसे विभिन्न संशोधन सम्मिलित है।<ref name=MacKerell2004a>{{cite journal |vauthors=MacKerell AD Jr, Feig M, Brooks III CL |year=2004 |title=Extending the treatment of backbone energetics in protein force fields: limitations of gas-phase quantum mechanics in reproducing protein conformational distributions in molecular dynamics simulations |journal=J Comput Chem |volume=25 |pages=1400–1415 |doi=10.1002/jcc.20065 |pmid=15185334 |issue=11|s2cid=11076418 }}</ref> सीएचएआरएमएम22 प्रोटीन फ़ोर्स फ़ील्ड में, परमाणु आंशिक चार्ज मॉडल यौगिकों और जल के बीच वार्तालाप की क्वांटम रासायनिक गणना से प्राप्त किए गए थे। इसके अतिरिक्त, सीएचएआरएमएम22 को TIP3P स्पष्ट [[जल मॉडल]] के लिए पैरामीट्रिज्ड किया गया है। फिर भी, इसका उपयोग अक्सर अंतर्निहित सॉल्वैंट्स के साथ किया जाता है। 2006 में, अंतर्निहित विलायक जीबीएसडब्ल्यू के साथ निरंतर उपयोग के लिए सीएचएआरएमएम22/सीएमएपी का विशेष संस्करण पुन: तैयार किया गया था।<ref name=Brooks2006>{{cite journal |vauthors=Brooks CL, Chen J, Im W |year=2006 |title=Balancing solvation and intramolecular interactions: toward a consistent generalized born force field (CMAP opt. for GBSW) |journal=J Am Chem Soc |volume=128 |pages=3728–3736 |doi=10.1021/ja057216r |pmid=16536547 |issue=11 |pmc=2596729}}</ref>


CHARMM22 बल क्षेत्र में निम्नलिखित संभावित ऊर्जा कार्य हैं:<ref name="MacKerell1998" /><ref>{{Cite journal |last1=Vanommeslaeghe |first1=K. |last2=MacKerell |first2=A. D. |date=May 2015 |title=बायोफिज़िक्स और कंप्यूटर-एडेड ड्रग डिज़ाइन के लिए CHARMM योगात्मक और ध्रुवीकरण योग्य बल क्षेत्र|journal=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects |volume=1850 |issue=5 |pages=861–871 |doi=10.1016/j.bbagen.2014.08.004 |issn=0006-3002 |pmc=4334745 |pmid=25149274}}</ref>
सीएचएआरएमएम22 फ़ोर्स फ़ील्ड में निम्नलिखित संभावित ऊर्जा कार्य हैं:<ref name="MacKerell1998" /><ref>{{Cite journal |last1=Vanommeslaeghe |first1=K. |last2=MacKerell |first2=A. D. |date=May 2015 |title=बायोफिज़िक्स और कंप्यूटर-एडेड ड्रग डिज़ाइन के लिए CHARMM योगात्मक और ध्रुवीकरण योग्य बल क्षेत्र|journal=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects |volume=1850 |issue=5 |pages=861–871 |doi=10.1016/j.bbagen.2014.08.004 |issn=0006-3002 |pmc=4334745 |pmid=25149274}}</ref>


<math>\begin{align}V=&\sum_{bonds}k_b(b-b_0)^2+\sum_{angles}k_{\theta}(\theta-\theta_0)^2+\sum_{dihedrals}k_\phi[1+cos(n\phi-\delta)]\\
<math>\begin{align}V=&\sum_{bonds}k_b(b-b_0)^2+\sum_{angles}k_{\theta}(\theta-\theta_0)^2+\sum_{dihedrals}k_\phi[1+cos(n\phi-\delta)]\\
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&+\sum_{nonbonded}\left(\epsilon_{ij}\left[\left(\frac{R_{min_{ij}}}{r_{ij}}\right)^{12}-2\left(\frac{R_{min_{ij}}}{r_{ij}}\right)^6\right]+\frac{q_i q_j}{\epsilon_r r_{ij}}\right)\end{align}</math>
&+\sum_{nonbonded}\left(\epsilon_{ij}\left[\left(\frac{R_{min_{ij}}}{r_{ij}}\right)^{12}-2\left(\frac{R_{min_{ij}}}{r_{ij}}\right)^6\right]+\frac{q_i q_j}{\epsilon_r r_{ij}}\right)\end{align}</math>


बंधन, कोण, डायहेड्रल और गैर-बंधित शब्द अन्य बल क्षेत्रों जैसे AMBER#Functional_form में पाए जाने वाले समान हैं। CHARMM बल क्षेत्र में विमान के बाहर झुकने के लिए अनुचित शब्द लेखांकन भी शामिल है (जो चार परमाणुओं के किसी भी सेट पर लागू होता है जो क्रमिक रूप से बंधे नहीं होते हैं), जहां <math>k_\omega</math> बल स्थिरांक है और <math>\omega-\omega_0</math> समतल कोण है. उरे-ब्रैडली शब्द क्रॉस-टर्म है जो 1,3 नॉनबॉन्डेड इंटरैक्शन के लिए जिम्मेदार है जो बॉन्ड और कोण शर्तों के हिसाब से नहीं है; <math>k_u</math> बल स्थिरांक है और <math>u</math> 1,3 परमाणुओं के बीच की दूरी है।
बाध्य, कोण, डायहेड्रल और गैर-बंधित शब्द अन्य फ़ोर्स फ़ील्ड जैसे एएमबीईआर फंक्शन में पाए जाने वाले समान हैं। सीएचएआरएमएम फ़ोर्स फ़ील्ड में विमान के बाहर झुकने के लिए अनुचित शब्द लेखांकन भी सम्मिलित है (जो चार परमाणुओं के किसी भी सेट पर प्रयुक्त होता है जो क्रमिक रूप से बंधे नहीं होते हैं), जहां <math>k_\omega</math> बल स्थिरांक है और <math>\omega-\omega_0</math> समतल कोण है. उरे-ब्रैडली शब्द क्रॉस-टर्म है जो 1,3 अबंधित अंतःक्रियाएँ के लिए उत्तरदायी है जो बाध्य और कोण नियम के अनुसार नहीं है; <math>k_u</math> बल स्थिरांक है और <math>u</math> 1,3 परमाणुओं के बीच की दूरी है।


[[डीएनए]], आरएनए और [[लिपिड]] के लिए, CHARMM27<ref name=MacKerell2001>{{cite journal |vauthors=MacKerell AD Jr, Banavali N, Foloppe N |year=2001 |title=न्यूक्लिक एसिड के लिए CHARMM बल क्षेत्र का विकास और वर्तमान स्थिति|journal=Biopolymers |volume=56 |pages=257–265 |doi=10.1002/1097-0282(2000)56:4<257::AID-BIP10029>3.0.CO;2-W |pmid=11754339 |issue=4|s2cid=19502363 }}</ref> प्रयोग किया जाता है। कुछ बल क्षेत्रों को जोड़ा जा सकता है, उदाहरण के लिए प्रोटीन-डीएनए बाइंडिंग के अनुकरण के लिए CHARMM22 और CHARMM27। इसके अलावा, एनएडी+, शर्करा, फ्लोरिनेटेड यौगिक आदि के पैरामीटर भी डाउनलोड किए जा सकते हैं। ये बल फ़ील्ड संस्करण संख्याएं CHARMM संस्करण को संदर्भित करती हैं जहां वे पहली बार दिखाई दिए थे, लेकिन निश्चित रूप से CHARMM निष्पादन योग्य प्रोग्राम के बाद के संस्करणों के साथ उपयोग किया जा सकता है। इसी तरह, इन बल क्षेत्रों का उपयोग अन्य आणविक गतिशीलता कार्यक्रमों में किया जा सकता है जो उनका समर्थन करते हैं।
[[डीएनए]], आरएनए और [[लिपिड]] के लिए, सीएचएआरएमएम27<ref name=MacKerell2001>{{cite journal |vauthors=MacKerell AD Jr, Banavali N, Foloppe N |year=2001 |title=न्यूक्लिक एसिड के लिए CHARMM बल क्षेत्र का विकास और वर्तमान स्थिति|journal=Biopolymers |volume=56 |pages=257–265 |doi=10.1002/1097-0282(2000)56:4<257::AID-BIP10029>3.0.CO;2-W |pmid=11754339 |issue=4|s2cid=19502363 }}</ref> का प्रयोग किया जाता है। कुछ फ़ोर्स फ़ील्ड को जोड़ा जा सकता है, उदाहरण के लिए प्रोटीन-डीएनए बाइंडिंग के अनुकरण के लिए सीएचएआरएमएम22 और सीएचएआरएमएम27। इसके अतिरिक्त, एनएडी+, शर्करा, फ्लोरिनेटेड यौगिक आदि के पैरामीटर भी डाउनलोड किए जा सकते हैं। ये फ़ोर्स फ़ील्ड संस्करण संख्याएं सीएचएआरएमएम संस्करण को संदर्भित करती हैं जहां वे पहली बार दिखाई दिए थे, किन्तु निश्चित रूप से सीएचएआरएमएम निष्पादन योग्य प्रोग्राम के बाद के संस्करणों के साथ उपयोग किया जा सकता है। इसी तरह, इन फ़ोर्स फ़ील्ड का उपयोग अन्य मॉलिक्यूलर डायनामिक्स प्रोग्राम में किया जा सकता है जो उनका समर्थन करते हैं।


2009 में, दवा जैसे अणुओं के लिए सामान्य बल क्षेत्र (CGenFF) पेश किया गया था। इसमें बायोमोलेक्यूल्स और दवा जैसे अणुओं में मौजूद रासायनिक समूहों की विस्तृत श्रृंखला शामिल है, जिसमें बड़ी संख्या में हेट्रोसाइक्लिक मचान भी शामिल हैं।<ref name=Vanommeslaeghe>{{cite journal |vauthors=Vanommeslaeghe K, Hatcher E, Acharya C, Kundu S, Zhong S, Shim J, Darian E, Guvench O, Lopes P, Vorobyov I, ((Mackerell AD Jr)) |year=2009 |title=CHARMM general force field: A force field for drug-like molecules compatible with the CHARMM all-atom additive biological force fields |journal=J Comput Chem |volume= 31| pages= 671–90| doi=10.1002/jcc.21367 |pmc=2888302 |pmid=19575467 |issue=4}}</ref> सामान्य बल क्षेत्र को रासायनिक समूहों के किसी भी संयोजन को कवर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह अनिवार्य रूप से अणुओं के किसी विशेष उपवर्ग का प्रतिनिधित्व करने के लिए सटीकता में कमी के साथ आता है। मैकेरल की वेबसाइट में उपयोगकर्ताओं को बार-बार चेतावनी दी जाती है कि वे उन अणुओं के लिए CGenFF मापदंडों का उपयोग न करें जिनके लिए विशेष बल क्षेत्र पहले से मौजूद हैं (जैसा कि प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड आदि के लिए ऊपर बताया गया है)।
इस प्रकार 2009 में, प्रभुत्व जैसे अणुओं के लिए सामान्य फ़ोर्स फ़ील्ड (CGenFF) प्रस्तुत किया गया था। इसमें बायोमोलेक्यूल्स और प्रभुत्व जैसे अणुओं में उपस्तिथ रासायनिक समूहों की विस्तृत श्रृंखला सम्मिलित है, जिसमें बड़ी संख्या में हेट्रोसाइक्लिक मचान भी सम्मिलित हैं।<ref name=Vanommeslaeghe>{{cite journal |vauthors=Vanommeslaeghe K, Hatcher E, Acharya C, Kundu S, Zhong S, Shim J, Darian E, Guvench O, Lopes P, Vorobyov I, ((Mackerell AD Jr)) |year=2009 |title=CHARMM general force field: A force field for drug-like molecules compatible with the CHARMM all-atom additive biological force fields |journal=J Comput Chem |volume= 31| pages= 671–90| doi=10.1002/jcc.21367 |pmc=2888302 |pmid=19575467 |issue=4}}</ref> सामान्य फ़ोर्स फ़ील्ड को रासायनिक समूहों के किसी भी संयोजन को कवर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह अनिवार्य रूप से अणुओं के किसी विशेष उपवर्ग का प्रतिनिधित्व करने के लिए स्पष्टतः में कमी के साथ आता है। मैकेरल की वेबसाइट में उपयोगकर्ताओं को बार-बार चेतावनी दी जाती है कि वे उन अणुओं के लिए CGenFF मापदंडों का उपयोग न करें जिनके लिए विशेष फ़ोर्स फ़ील्ड पहले से उपस्तिथ हैं (जैसा कि प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड आदि के लिए ऊपर बताया गया है)।


CHARMM में दो दृष्टिकोणों का उपयोग करके ध्रुवीकरण योग्य बल क्षेत्र भी शामिल हैं। उतार-चढ़ाव वाले चार्ज (एफक्यू) मॉडल पर आधारित है, जिसे चार्ज इक्विलिब्रेशन (सीएचईक्यू) भी कहा जाता है।<ref name=Patel2004a>{{cite journal |vauthors=Patel S, Brooks CL 3rd |year=2004 |title=CHARMM fluctuating charge force field for proteins: I parameterization and application to bulk organic liquid simulations |journal=J Comput Chem |volume=25 |pages=1–15 |doi=10.1002/jcc.10355 |pmid=14634989 |issue=1|s2cid=39320318 }}</ref><ref name=Patel2004b>{{cite journal |vauthors=Patel S, Mackerell AD Jr, Brooks CL 3rd |year=2004 |title=CHARMM fluctuating charge force field for proteins: II protein/solvent properties from molecular dynamics simulations using a nonadditive electrostatic model |journal=J Comput Chem |volume=25 |pages=1504–1514 |doi=10.1002/jcc.20077 |pmid=15224394 |issue=12|s2cid=16741310 |doi-access=free }}</ref> दूसरा ड्रूड कण शैल या फैलाव थरथरानवाला मॉडल पर आधारित है।<ref name="Lamoureux">{{cite journal |vauthors=Lamoureux G, Roux B |year=2003 |title=Modeling induced polarization with classical Drude oscillators: Theory and molecular dynamics simulation algorithm |journal=J Chem Phys |volume=119 |issue=6 |pages=3025–3039 |doi=10.1063/1.1589749|bibcode= 2003JChPh.119.3025L|doi-access=free }}</ref><ref name="Lamoureux3">{{cite journal |vauthors=Lamoureux G, Harder E, Vorobyov IV, Roux B, MacKerell AD |year=2006 |title=जैव अणुओं के आणविक गतिशीलता सिमुलेशन के लिए पानी का एक ध्रुवीकरण योग्य मॉडल|journal=Chem Phys Lett |volume=418 |issue=1–3 |pages=245–249 |doi=10.1016/j.cplett.2005.10.135|bibcode= 2006CPL...418..245L}}</ref>
सीएचएआरएमएम में दो दृष्टिकोणों का उपयोग करके ध्रुवीकरण योग्य फ़ोर्स फ़ील्ड भी सम्मिलित हैं। उतार-चढ़ाव वाले चार्ज (एफक्यू) मॉडल पर आधारित है, जिसे चार्ज इक्विलिब्रेशन (सीएचईक्यू) भी कहा जाता है।<ref name=Patel2004a>{{cite journal |vauthors=Patel S, Brooks CL 3rd |year=2004 |title=CHARMM fluctuating charge force field for proteins: I parameterization and application to bulk organic liquid simulations |journal=J Comput Chem |volume=25 |pages=1–15 |doi=10.1002/jcc.10355 |pmid=14634989 |issue=1|s2cid=39320318 }}</ref><ref name=Patel2004b>{{cite journal |vauthors=Patel S, Mackerell AD Jr, Brooks CL 3rd |year=2004 |title=CHARMM fluctuating charge force field for proteins: II protein/solvent properties from molecular dynamics simulations using a nonadditive electrostatic model |journal=J Comput Chem |volume=25 |pages=1504–1514 |doi=10.1002/jcc.20077 |pmid=15224394 |issue=12|s2cid=16741310 |doi-access=free }}</ref> और दूसरा ड्रूड कण शैल या फैलाव दोलक मॉडल पर आधारित है।<ref name="Lamoureux">{{cite journal |vauthors=Lamoureux G, Roux B |year=2003 |title=Modeling induced polarization with classical Drude oscillators: Theory and molecular dynamics simulation algorithm |journal=J Chem Phys |volume=119 |issue=6 |pages=3025–3039 |doi=10.1063/1.1589749|bibcode= 2003JChPh.119.3025L|doi-access=free }}</ref><ref name="Lamoureux3">{{cite journal |vauthors=Lamoureux G, Harder E, Vorobyov IV, Roux B, MacKerell AD |year=2006 |title=जैव अणुओं के आणविक गतिशीलता सिमुलेशन के लिए पानी का एक ध्रुवीकरण योग्य मॉडल|journal=Chem Phys Lett |volume=418 |issue=1–3 |pages=245–249 |doi=10.1016/j.cplett.2005.10.135|bibcode= 2006CPL...418..245L}}</ref>
इन सभी बल क्षेत्रों के पैरामीटर मैकेरल वेबसाइट से निःशुल्क डाउनलोड किए जा सकते हैं।<ref>[http://mackerell.umaryland.edu/CHARMM_ff_params.html Mackerell website]</ref>


इन सभी फ़ोर्स फ़ील्ड के पैरामीटर मैकेरल वेबसाइट से निःशुल्क डाउनलोड किए जा सकते हैं।<ref>[http://mackerell.umaryland.edu/CHARMM_ff_params.html Mackerell website]</ref>
== मॉलिक्यूलर डायनामिक्स प्रोग्राम ==


== आण्विक गतिशीलता कार्यक्रम ==
सीएचएआरएमएम प्रोग्राम मॉलिक्यूलर सिमुलेशन की विस्तृत श्रृंखला तैयार करने और उसका विश्लेषण करने की अनुमति देता है। सिमुलेशन के सबसे मूलभूत प्रकार मॉलिक्यूलर डायनामिक्स प्रक्षेपवक्र की दी गई संरचना और उत्पादन रन को कम करना है। अधिक उन्नत सुविधाओं में [[मुक्त ऊर्जा गड़बड़ी|मुक्त ऊर्जा  क्षोभ]] (एफईपी), अर्ध-हार्मोनिक एन्ट्रॉपी अनुमान, सहसंबंध विश्लेषण और संयुक्त क्वांटम, और [[क्वांटम यांत्रिकी]] - [[आणविक यांत्रिकी|मॉलिक्यूलर यांत्रिकी]] (क्यूएम/एमएम) विधियां सम्मिलित हैं।


CHARMM कार्यक्रम आणविक सिमुलेशन की विस्तृत श्रृंखला तैयार करने और उसका विश्लेषण करने की अनुमति देता है। सिमुलेशन के सबसे बुनियादी प्रकार आणविक गतिशीलता प्रक्षेपवक्र की दी गई संरचना और उत्पादन रन को कम करना है। अधिक उन्नत सुविधाओं में [[मुक्त ऊर्जा गड़बड़ी]] (एफईपी), अर्ध-हार्मोनिक एन्ट्रॉपी अनुमान, सहसंबंध विश्लेषण और संयुक्त क्वांटम, और [[क्वांटम यांत्रिकी]] - [[आणविक यांत्रिकी]] (क्यूएम/एमएम) विधियां शामिल हैं।
सीएचएआरएमएम मॉलिक्यूलर डायनामिक्स के लिए सबसे पुराने प्रोग्राम में से है। इसमें कई विशेषताएं एकत्रित की गई हैं, जिनमें से कुछ को सामान्य भिन्नताओं के साथ कई कीवर्ड के अंतर्गत दोहराया गया है। यह संसार भर में सीएचएआरएमएम पर काम कर रहे कई दृष्टिकोणों और समूहों का अपरिहार्य परिणाम है। [https://web.archive.org/web/20070907000754/http://www.charmm.org/package/changelogs/c34log.shtml चेंजलॉग फ़ाइल], और सीएचएआरएमएम का सोर्स कोड, और मुख्य डेवलपर्स के नाम और संबद्धताएँ देखने के लिए उचित स्थान हैं। मिशिगन विश्वविद्यालय में चार्ल्स एल. ब्रूक्स III के समूह की भागीदारी और समन्वय प्रमुख है।
 
CHARMM आणविक गतिशीलता के लिए सबसे पुराने कार्यक्रमों में से है। इसमें कई विशेषताएं एकत्रित की गई हैं, जिनमें से कुछ को मामूली भिन्नताओं के साथ कई कीवर्ड के अंतर्गत डुप्लिकेट किया गया है। यह दुनिया भर में CHARMM पर काम कर रहे कई दृष्टिकोणों और समूहों का अपरिहार्य परिणाम है। [https://web.archive.org/web/20070907000754/http://www.charmm.org/package/changelogs/c34log.shtml चेंजलॉग फ़ाइल], और CHARMM का स्रोत कोड, नाम देखने के लिए अच्छी जगहें हैं और मुख्य डेवलपर्स की संबद्धताएँ। मिशिगन विश्वविद्यालय में चार्ल्स एल. ब्रूक्स III के समूह की भागीदारी और समन्वय प्रमुख है।


== सॉफ्टवेयर इतिहास ==
== सॉफ्टवेयर इतिहास ==


1969 के आसपास, छोटे अणुओं के लिए संभावित ऊर्जा कार्यों को विकसित करने में काफी रुचि थी। CHARMM की उत्पत्ति हार्वर्ड में मार्टिन कारप्लस के समूह में हुई। कारप्लस और उनके तत्कालीन स्नातक छात्र ब्रूस गेलिन ने फैसला किया कि कार्यक्रम विकसित करने का समय आ गया है जो किसी दिए गए अमीनो एसिड अनुक्रम और निर्देशांक का सेट (उदाहरण के लिए, एक्स-रे संरचना से) लेना और इस जानकारी का उपयोग करना संभव बना देगा। परमाणु स्थितियों के फलन के रूप में प्रणाली की ऊर्जा की गणना करें। करप्लस ने (उस समय अज्ञात) कार्यक्रम के विकास में प्रमुख इनपुट के महत्व को स्वीकार किया है, जिसमें शामिल हैं:
1969 के आसपास, छोटे अणुओं के लिए संभावित ऊर्जा कार्यों को विकसित करने में अधिक रुचि थी। सीएचएआरएमएम की उत्पत्ति हार्वर्ड में मार्टिन कारप्लस के समूह में हुई। कारप्लस और उनके तत्कालीन स्नातक छात्र ब्रूस गेलिन ने फैसला किया कि प्रोग्राम विकसित करने का समय आ गया है जो किसी दिए गए अमीनो एसिड अनुक्रम और निर्देशांक का सेट (उदाहरण के लिए, एक्स-रे संरचना से) लेना और इस जानकारी का उपयोग करना संभव बना देगा। इस प्रकार से परमाणु स्थितियों के फलन के रूप में प्रणाली की ऊर्जा की गणना करें। करप्लस ने (उस समय अज्ञात) प्रोग्राम के विकास में प्रमुख इनपुट के महत्व को स्वीकार किया है, जिसमें सम्मिलित हैं:


*वेइज़मैन इंस्टीट्यूट में श्नीयर लाइफसन का समूह, विशेष रूप से [[एरीह वारशेल]] से जो हार्वर्ड गए और अपने लगातार बल क्षेत्र (सीएफएफ) कार्यक्रम को अपने साथ लाए।
*वेइज़मैन इंस्टीट्यूट में श्नीयर लाइफसन का समूह, विशेष रूप से [[एरीह वारशेल]] से जो हार्वर्ड गए और अपने निरंतर फ़ोर्स फ़ील्ड (सीएफएफ) प्रोग्राम को अपने साथ लाए।
*कॉर्नेल विश्वविद्यालय में [[हेरोल्ड शेरागा]] का समूह
*कॉर्नेल विश्वविद्यालय में [[हेरोल्ड शेरागा]] का समूह
*प्रोटीन के लिए [[माइकल लेविट]] की अग्रणी ऊर्जा गणना के बारे में जागरूकता
*प्रोटीन के लिए [[माइकल लेविट]] की अग्रणी ऊर्जा गणना के बारे में जागरूकता


1980 के दशक में, आख़िरकार पेपर सामने आया और CHARMM ने अपनी सार्वजनिक शुरुआत की। तब तक गेलिन का कार्यक्रम काफी हद तक पुनर्गठित हो चुका था। प्रकाशन के लिए, बॉब ब्रुकोलेरी HARMM (हार्वर्ड मैक्रोमोलेक्यूलर मैकेनिक्स) नाम लेकर आए, लेकिन यह अनुपयुक्त लगा। इसलिए उन्होंने रसायन विज्ञान के लिए सी जोड़ा। कारप्लस ने कहा: ''मुझे कभी-कभी आश्चर्य होता है कि क्या ब्रुकोलेरी का मूल सुझाव कार्यक्रम के साथ काम करने वाले अनुभवहीन वैज्ञानिकों के लिए उपयोगी चेतावनी के रूप में काम करता होगा।''<ref name=Karplus2006>{{cite journal |author=Karplus M |year=2006 |title=Spinach on the ceiling: a theoretical chemist's return to biology |journal=Annu Rev Biophys Biomol Struct |volume=35 |issue=1 |pages=1–47 |doi=10.1146/annurev.biophys.33.110502.133350 |pmid=16689626|doi-access=free }}</ref> CHARMM का विकास जारी है और निष्पादन योग्य प्रोग्राम की नवीनतम रिलीज़ 2015 में CHARMM40b2 के रूप में की गई थी।
1980 के दशक में, अंततः पेपर सामने आया और सीएचएआरएमएम ने अपनी सार्वजनिक प्रारंभ की। तब तक गेलिन का प्रोग्राम अधिक सीमा तक पुनर्गठित हो चुका था। प्रकाशन के लिए, बॉब ब्रुकोलेरी एचएआरएमएम (हार्वर्ड मैक्रोमोलेक्यूलर मैकेनिक्स) नाम लेकर आए, इसलिए उन्होंने रसायन विज्ञान के लिए सी जोड़ा किन्तु यह अनुचित लग रहा था। कारप्लस ने कहा: ''मुझे कभी-कभी आश्चर्य होता है कि क्या ब्रुकोलेरी का मूल सुझाव प्रोग्राम के साथ काम करने वाले अनुभवहीन वैज्ञानिकों के लिए उपयोगी चेतावनी के रूप में काम करता होगा।''<ref name=Karplus2006>{{cite journal |author=Karplus M |year=2006 |title=Spinach on the ceiling: a theoretical chemist's return to biology |journal=Annu Rev Biophys Biomol Struct |volume=35 |issue=1 |pages=1–47 |doi=10.1146/annurev.biophys.33.110502.133350 |pmid=16689626|doi-access=free }}</ref> सीएचएआरएमएम का विकास जारी है और निष्पादन योग्य प्रोग्राम की नवीनतम रिलीज़ 2015 में सीएचएआरएमएम40b2 के रूप में की गई थी।


== यूनिक्स-लिनक्स के अंतर्गत CHARMM चलाना ==
== यूनिक्स-लिनक्स के अंतर्गत सीएचएआरएमएम रनिंग ==
प्रोग्राम का उपयोग करने का सामान्य सिंटैक्स है:
प्रोग्राम का उपयोग करने का सामान्य सिंटैक्स है:


<code>charmm -i filename.inp -o filename.out</code>
<code>charmm -i filename.inp -o filename.out</code>
* <code>charmm</code> - उपयोग किए जा रहे कंप्यूटर सिस्टम पर प्रोग्राम का नाम (या स्क्रिप्ट जो प्रोग्राम चलाता है)।
* <code>charmm</code> - उपयोग किए जा रहे कंप्यूटर सिस्टम पर प्रोग्राम का नाम (या स्क्रिप्ट जो प्रोग्राम चलाता है)।
* <code>filename.inp</code> - टेक्स्ट फ़ाइल जिसमें CHARMM कमांड शामिल हैं। यह आणविक टोपोलॉजी (शीर्ष) और बल क्षेत्र (रसायन विज्ञान) (बराबर) को लोड करके शुरू होता है। फिर कोई आणविक संरचनाओं के कार्टेशियन निर्देशांक को लोड करता है (उदाहरण के लिए पीडीबी फाइलों से)। फिर कोई अणुओं को संशोधित कर सकता है (हाइड्रोजन जोड़कर, द्वितीयक संरचना बदल सकता है)। गणना अनुभाग में ऊर्जा न्यूनतमकरण, गतिशीलता उत्पादन और गति और ऊर्जा सहसंबंध जैसे विश्लेषण उपकरण शामिल हो सकते हैं।
* <code>filename.inp</code> - टेक्स्ट फ़ाइल जिसमें सीएचएआरएमएम कमांड सम्मिलित हैं। यह मॉलिक्यूलर टोपोलॉजी (शीर्ष) और फ़ोर्स फ़ील्ड (रसायन विज्ञान) (बराबर) को लोड करके प्रारंभ होता है। फिर कोई मॉलिक्यूलर संरचनाओं के कार्टेशियन निर्देशांक को लोड करता है (उदाहरण के लिए पीडीबी फाइलों से)। फिर कोई अणुओं को संशोधित कर सकता है (हाइड्रोजन जोड़कर, द्वितीयक संरचना परिवर्तित कर सकता है)। गणना अनुभाग में ऊर्जा न्यूनतमकरण, डायनामिक्स उत्पादन और गति और ऊर्जा सहसंबंध जैसे विश्लेषण उपकरण सम्मिलित हो सकते हैं।
* <code>filename.out</code> - CHARMM रन के लिए लॉग फ़ाइल, जिसमें प्रतिध्वनित कमांड और विभिन्न मात्रा में कमांड आउटपुट शामिल हैं। आउटपुट प्रिंट स्तर को सामान्य रूप से बढ़ाया या घटाया जा सकता है, और न्यूनतमकरण और गतिशीलता जैसी प्रक्रियाओं में प्रिंटआउट आवृत्ति विनिर्देश होते हैं। तापमान, ऊर्जा दबाव आदि के मान उस आवृत्ति पर आउटपुट होते हैं।
* <code>filename.out</code> - सीएचएआरएमएम रन के लिए लॉग फ़ाइल, जिसमें प्रतिध्वनित कमांड और विभिन्न मात्रा में कमांड आउटपुट सम्मिलित हैं। आउटपुट प्रिंट स्तर को सामान्य रूप से बढ़ाया या घटाया जा सकता है, और न्यूनतमकरण और डायनामिक्स जैसी प्रक्रियाओं में प्रिंटआउट आवृत्ति विनिर्देश होते हैं। तापमान, ऊर्जा दबाव आदि के मान उस आवृत्ति पर आउटपुट होते हैं।


== स्वयंसेवक कंप्यूटिंग ==
== स्वयंसेवक कंप्यूटिंग ==
डेलावेयर विश्वविद्यालय द्वारा होस्ट की गई डॉकिंग@होम, उन परियोजनाओं में से है जो वितरित कंप्यूटिंग के लिए [[खुला स्रोत सॉफ्टवेयर]] | ओपन-सोर्स प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करती है, [[BOINC]], आणविक गतिशीलता के संदर्भ में प्रोटीन-लिगैंड इंटरैक्शन के परमाणु विवरण का विश्लेषण करने के लिए CHARMM का उपयोग करती है। (एमडी) सिमुलेशन और न्यूनतमकरण।
डेलावेयर विश्वविद्यालय द्वारा होस्ट की गई डॉकिंग@होम, उन परियोजनाओं में से है जो वितरित कंप्यूटिंग के लिए [[खुला स्रोत सॉफ्टवेयर|ओपन-सोर्स प्लेटफ़ॉर्म]]  का उपयोग करती है, [[BOINC|बीओआईएनसी]], मॉलिक्यूलर डायनामिक्स (एमडी) सिमुलेशन और न्यूनतमकरण के संदर्भ में प्रोटीन-लिगैंड अंतःक्रियाएँ के परमाणु विवरण का विश्लेषण करने के लिए सीएचएआरएमएम का उपयोग करती है।


आईबीएम द्वारा प्रायोजित [[ विश्व समुदाय ग्रिड |विश्व समुदाय ग्रिड]] ने द क्लीन एनर्जी प्रोजेक्ट नाम से परियोजना चलाई<ref>[http://www.worldcommunitygrid.org/projects_showcase/cep1/viewCep1Main.do The Clean Energy Project]</ref> जिसने अपने पहले चरण में CHARMM का भी उपयोग किया था जो पूरा हो चुका है।
आईबीएम द्वारा प्रायोजित [[ विश्व समुदाय ग्रिड |वर्ल्ड कम्युनिटी ग्रिड]] ने द क्लीन एनर्जी प्रोजेक्ट नाम से परियोजना चलाई<ref>[http://www.worldcommunitygrid.org/projects_showcase/cep1/viewCep1Main.do The Clean Energy Project]</ref> जिसने अपने पहले चरण में सीएचएआरएमएम का भी उपयोग किया था जो पूरा हो चुका है।


==यह भी देखें==
==यह भी देखें==
{{columns-list|colwidth=30em|
{{columns-list|colwidth=30em|
*[[AMBER]]
*[[एएमबीईआर]]
*[[Ascalaph Designer]]
*[[एस्कालाफ़ डिज़ाइनर]]
*[[GROMACS]]
*[[ग्रोमैक्स]]
*[[NAMD]]
*[[एनएएमडी]]
*[[Comparison of force field implementations]]
*[[फ़ोर्स फ़ील्ड कार्यान्वयन की तुलना]]
*[[Comparison of software for molecular mechanics modeling]]
*[[मॉलिक्यूलर मैकेनिक्स मॉडलिंग के लिए सॉफ्टवेयर की तुलना]]*[[मैक्रोमॉडल]]
*[[MacroModel]]
*[[एमडायनामिक्स]]
*[[MDynaMix]]
*[[ओपीएलएस]]
*[[OPLS]]
*[[एक्स-पीएलओआर]]
*[[X-PLOR]]
*[[यासारा]]
*[[Yasara]]
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* {{Official website|www.academiccharmm.org}}, with [https://www.academiccharmm.org/documentation documentation] and helpful [https://www.charmm.org//ubbthreads/ubbthreads.php?Cat= discussion forums]
* {{Official website|www.academiccharmm.org}}, with [https://www.academiccharmm.org/documentation documentation] and helpful [https://www.charmm.org//ubbthreads/ubbthreads.php?Cat= discussion forums]
* {{Official website|http://accelrys.com/products/collaborative-science/biovia-discovery-studio/simulations.html}}, BIOVIA
* {{Official website|http://accelrys.com/products/collaborative-science/biovia-discovery-studio/simulations.html}}, BIOVIA
* [http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/ CHARMM tutorial] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101005042034/http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/ |date=2010-10-05 }}
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* [http://www.pharmacy.umaryland.edu/faculty/amackere/ MacKerell] website, hosts package of force field parameters for CHARMM
* [http://www.pharmacy.umaryland.edu/faculty/amackere/ MacKerell] website, hosts package of force field parameters for सीएचएआरएमएम
* [https://web.archive.org/web/20121017144252/http://brooks.chem.lsa.umich.edu/ C.Brooks website]
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* [http://yuri.harvard.edu/ CHARMM page at Harvard]
* [http://yuri.harvard.edu/ सीएचएआरएमएम page at Harvard]
* [http://thallium.bsd.uchicago.edu/RouxLab/ Roux website] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20061012004711/http://thallium.bsd.uchicago.edu/RouxLab/ |date=2006-10-12 }}
* [http://thallium.bsd.uchicago.edu/RouxLab/ Roux website] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20061012004711/http://thallium.bsd.uchicago.edu/RouxLab/ |date=2006-10-12 }}
* [http://www.lobos.nih.gov/cbs/ Bernard R. Brooks Group website]
* [http://www.lobos.nih.gov/cbs/ Bernard R. Brooks Group website]
* [http://docking.cis.udel.edu/ Docking@Home]
* [http://docking.cis.udel.edu/ Docking@Home]
* [http://www.charmm-gui.org/ CHARMM-GUI project]
* [http://www.charmm-gui.org/ सीएचएआरएमएम-GUI project]
* [http://www.charmming.org/ CHARMMing (CHARMM Interface and Graphics)] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080820003831/http://www.charmming.org/ |date=2008-08-20 }}
* [http://www.charmming.org/ CHARMMing (सीएचएआरएमएम Interface and Graphics)] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080820003831/http://www.charmming.org/ |date=2008-08-20 }}
* [http://www.charmmtutorial.org/ CHARMM Tutorial]
* [http://www.charmmtutorial.org/ सीएचएआरएमएम Tutorial]
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Revision as of 09:21, 7 December 2023

CHARMM
Developer(s)Martin Karplus, Accelrys
Initial release1983; 41 years ago (1983)
Stable release
c47b1 / 2022; 2 years ago (2022)[1]
Preview release
c48a1 / 2022; 2 years ago (2022)[1]
Written inFORTRAN 77-95, CUDA
Operating systemUnix-like: Linux, macOS, AIX, iOS[2]
Platformx86, ARM, Nvidia GPU; Cray XT4, XT5[2]
Available inEnglish
TypeMolecular dynamics
LicenseProprietary
Websitewww.academiccharmm.org

हार्वर्ड मैक्रोमोलेक्यूलर मैकेनिक्स (सीएचएआरएमएम) में रसायन विज्ञान मॉलिक्यूलर डायनामिक्स के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले फ़ोर्स फ़ील्ड (रसायन विज्ञान) के सेट का नाम है, और उनके साथ जुड़े मॉलिक्यूलर डायनामिक्स सिमुलेशन और विश्लेषण कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर पैकेज का नाम है।[3][4][5] सीएचएआरएमएम विकास परियोजना में सीएचएआरएमएम प्रोग्राम को विकसित करने और बनाए रखने के लिए हार्वर्ड में मार्टिन कारप्लस और उनके समूह के साथ काम करने वाले डेवलपर्स का विश्वव्यापी नेटवर्क सम्मिलित है। इस सॉफ़्टवेयर के लाइसेंस शैक्षणिक क्षेत्र में काम करने वाले लोगों और समूहों के लिए शुल्क देकर उपलब्ध हैं।

फ़ोर्स फ़ील्ड

प्रोटीन के लिए सीएचएआरएमएम फ़ोर्स फ़ील्ड (रसायन विज्ञान) में सम्मिलित हैं: संयुक्त-परमाणु (कभी-कभी विस्तारित परमाणु कहा जाता है) CHARMM19,[6] अल-अटोमा चार्म22[7] और इसकी डायहेड्रल क्षमता संशोधित संस्करण सीएचएआरएमएम22/सीएमएपी, साथ ही बाद के संस्करण सीएचएआरएमएम27 और सीएचएआरएमएम36 और सीएचएआरएमएम36m और सीएचएआरएमएम36आईडीपीएसएफएफ जैसे विभिन्न संशोधन सम्मिलित है।[8] सीएचएआरएमएम22 प्रोटीन फ़ोर्स फ़ील्ड में, परमाणु आंशिक चार्ज मॉडल यौगिकों और जल के बीच वार्तालाप की क्वांटम रासायनिक गणना से प्राप्त किए गए थे। इसके अतिरिक्त, सीएचएआरएमएम22 को TIP3P स्पष्ट जल मॉडल के लिए पैरामीट्रिज्ड किया गया है। फिर भी, इसका उपयोग अक्सर अंतर्निहित सॉल्वैंट्स के साथ किया जाता है। 2006 में, अंतर्निहित विलायक जीबीएसडब्ल्यू के साथ निरंतर उपयोग के लिए सीएचएआरएमएम22/सीएमएपी का विशेष संस्करण पुन: तैयार किया गया था।[9]

सीएचएआरएमएम22 फ़ोर्स फ़ील्ड में निम्नलिखित संभावित ऊर्जा कार्य हैं:[7][10]

बाध्य, कोण, डायहेड्रल और गैर-बंधित शब्द अन्य फ़ोर्स फ़ील्ड जैसे एएमबीईआर फंक्शन में पाए जाने वाले समान हैं। सीएचएआरएमएम फ़ोर्स फ़ील्ड में विमान के बाहर झुकने के लिए अनुचित शब्द लेखांकन भी सम्मिलित है (जो चार परमाणुओं के किसी भी सेट पर प्रयुक्त होता है जो क्रमिक रूप से बंधे नहीं होते हैं), जहां बल स्थिरांक है और समतल कोण है. उरे-ब्रैडली शब्द क्रॉस-टर्म है जो 1,3 अबंधित अंतःक्रियाएँ के लिए उत्तरदायी है जो बाध्य और कोण नियम के अनुसार नहीं है; बल स्थिरांक है और 1,3 परमाणुओं के बीच की दूरी है।

डीएनए, आरएनए और लिपिड के लिए, सीएचएआरएमएम27[11] का प्रयोग किया जाता है। कुछ फ़ोर्स फ़ील्ड को जोड़ा जा सकता है, उदाहरण के लिए प्रोटीन-डीएनए बाइंडिंग के अनुकरण के लिए सीएचएआरएमएम22 और सीएचएआरएमएम27। इसके अतिरिक्त, एनएडी+, शर्करा, फ्लोरिनेटेड यौगिक आदि के पैरामीटर भी डाउनलोड किए जा सकते हैं। ये फ़ोर्स फ़ील्ड संस्करण संख्याएं सीएचएआरएमएम संस्करण को संदर्भित करती हैं जहां वे पहली बार दिखाई दिए थे, किन्तु निश्चित रूप से सीएचएआरएमएम निष्पादन योग्य प्रोग्राम के बाद के संस्करणों के साथ उपयोग किया जा सकता है। इसी तरह, इन फ़ोर्स फ़ील्ड का उपयोग अन्य मॉलिक्यूलर डायनामिक्स प्रोग्राम में किया जा सकता है जो उनका समर्थन करते हैं।

इस प्रकार 2009 में, प्रभुत्व जैसे अणुओं के लिए सामान्य फ़ोर्स फ़ील्ड (CGenFF) प्रस्तुत किया गया था। इसमें बायोमोलेक्यूल्स और प्रभुत्व जैसे अणुओं में उपस्तिथ रासायनिक समूहों की विस्तृत श्रृंखला सम्मिलित है, जिसमें बड़ी संख्या में हेट्रोसाइक्लिक मचान भी सम्मिलित हैं।[12] सामान्य फ़ोर्स फ़ील्ड को रासायनिक समूहों के किसी भी संयोजन को कवर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह अनिवार्य रूप से अणुओं के किसी विशेष उपवर्ग का प्रतिनिधित्व करने के लिए स्पष्टतः में कमी के साथ आता है। मैकेरल की वेबसाइट में उपयोगकर्ताओं को बार-बार चेतावनी दी जाती है कि वे उन अणुओं के लिए CGenFF मापदंडों का उपयोग न करें जिनके लिए विशेष फ़ोर्स फ़ील्ड पहले से उपस्तिथ हैं (जैसा कि प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड आदि के लिए ऊपर बताया गया है)।

सीएचएआरएमएम में दो दृष्टिकोणों का उपयोग करके ध्रुवीकरण योग्य फ़ोर्स फ़ील्ड भी सम्मिलित हैं। उतार-चढ़ाव वाले चार्ज (एफक्यू) मॉडल पर आधारित है, जिसे चार्ज इक्विलिब्रेशन (सीएचईक्यू) भी कहा जाता है।[13][14] और दूसरा ड्रूड कण शैल या फैलाव दोलक मॉडल पर आधारित है।[15][16]

इन सभी फ़ोर्स फ़ील्ड के पैरामीटर मैकेरल वेबसाइट से निःशुल्क डाउनलोड किए जा सकते हैं।[17]

मॉलिक्यूलर डायनामिक्स प्रोग्राम

सीएचएआरएमएम प्रोग्राम मॉलिक्यूलर सिमुलेशन की विस्तृत श्रृंखला तैयार करने और उसका विश्लेषण करने की अनुमति देता है। सिमुलेशन के सबसे मूलभूत प्रकार मॉलिक्यूलर डायनामिक्स प्रक्षेपवक्र की दी गई संरचना और उत्पादन रन को कम करना है। अधिक उन्नत सुविधाओं में मुक्त ऊर्जा क्षोभ (एफईपी), अर्ध-हार्मोनिक एन्ट्रॉपी अनुमान, सहसंबंध विश्लेषण और संयुक्त क्वांटम, और क्वांटम यांत्रिकी - मॉलिक्यूलर यांत्रिकी (क्यूएम/एमएम) विधियां सम्मिलित हैं।

सीएचएआरएमएम मॉलिक्यूलर डायनामिक्स के लिए सबसे पुराने प्रोग्राम में से है। इसमें कई विशेषताएं एकत्रित की गई हैं, जिनमें से कुछ को सामान्य भिन्नताओं के साथ कई कीवर्ड के अंतर्गत दोहराया गया है। यह संसार भर में सीएचएआरएमएम पर काम कर रहे कई दृष्टिकोणों और समूहों का अपरिहार्य परिणाम है। चेंजलॉग फ़ाइल, और सीएचएआरएमएम का सोर्स कोड, और मुख्य डेवलपर्स के नाम और संबद्धताएँ देखने के लिए उचित स्थान हैं। मिशिगन विश्वविद्यालय में चार्ल्स एल. ब्रूक्स III के समूह की भागीदारी और समन्वय प्रमुख है।

सॉफ्टवेयर इतिहास

1969 के आसपास, छोटे अणुओं के लिए संभावित ऊर्जा कार्यों को विकसित करने में अधिक रुचि थी। सीएचएआरएमएम की उत्पत्ति हार्वर्ड में मार्टिन कारप्लस के समूह में हुई। कारप्लस और उनके तत्कालीन स्नातक छात्र ब्रूस गेलिन ने फैसला किया कि प्रोग्राम विकसित करने का समय आ गया है जो किसी दिए गए अमीनो एसिड अनुक्रम और निर्देशांक का सेट (उदाहरण के लिए, एक्स-रे संरचना से) लेना और इस जानकारी का उपयोग करना संभव बना देगा। इस प्रकार से परमाणु स्थितियों के फलन के रूप में प्रणाली की ऊर्जा की गणना करें। करप्लस ने (उस समय अज्ञात) प्रोग्राम के विकास में प्रमुख इनपुट के महत्व को स्वीकार किया है, जिसमें सम्मिलित हैं:

  • वेइज़मैन इंस्टीट्यूट में श्नीयर लाइफसन का समूह, विशेष रूप से एरीह वारशेल से जो हार्वर्ड गए और अपने निरंतर फ़ोर्स फ़ील्ड (सीएफएफ) प्रोग्राम को अपने साथ लाए।
  • कॉर्नेल विश्वविद्यालय में हेरोल्ड शेरागा का समूह
  • प्रोटीन के लिए माइकल लेविट की अग्रणी ऊर्जा गणना के बारे में जागरूकता

1980 के दशक में, अंततः पेपर सामने आया और सीएचएआरएमएम ने अपनी सार्वजनिक प्रारंभ की। तब तक गेलिन का प्रोग्राम अधिक सीमा तक पुनर्गठित हो चुका था। प्रकाशन के लिए, बॉब ब्रुकोलेरी एचएआरएमएम (हार्वर्ड मैक्रोमोलेक्यूलर मैकेनिक्स) नाम लेकर आए, इसलिए उन्होंने रसायन विज्ञान के लिए सी जोड़ा किन्तु यह अनुचित लग रहा था। कारप्लस ने कहा: मुझे कभी-कभी आश्चर्य होता है कि क्या ब्रुकोलेरी का मूल सुझाव प्रोग्राम के साथ काम करने वाले अनुभवहीन वैज्ञानिकों के लिए उपयोगी चेतावनी के रूप में काम करता होगा।[18] सीएचएआरएमएम का विकास जारी है और निष्पादन योग्य प्रोग्राम की नवीनतम रिलीज़ 2015 में सीएचएआरएमएम40b2 के रूप में की गई थी।

यूनिक्स-लिनक्स के अंतर्गत सीएचएआरएमएम रनिंग

प्रोग्राम का उपयोग करने का सामान्य सिंटैक्स है:

charmm -i filename.inp -o filename.out

  • charmm - उपयोग किए जा रहे कंप्यूटर सिस्टम पर प्रोग्राम का नाम (या स्क्रिप्ट जो प्रोग्राम चलाता है)।
  • filename.inp - टेक्स्ट फ़ाइल जिसमें सीएचएआरएमएम कमांड सम्मिलित हैं। यह मॉलिक्यूलर टोपोलॉजी (शीर्ष) और फ़ोर्स फ़ील्ड (रसायन विज्ञान) (बराबर) को लोड करके प्रारंभ होता है। फिर कोई मॉलिक्यूलर संरचनाओं के कार्टेशियन निर्देशांक को लोड करता है (उदाहरण के लिए पीडीबी फाइलों से)। फिर कोई अणुओं को संशोधित कर सकता है (हाइड्रोजन जोड़कर, द्वितीयक संरचना परिवर्तित कर सकता है)। गणना अनुभाग में ऊर्जा न्यूनतमकरण, डायनामिक्स उत्पादन और गति और ऊर्जा सहसंबंध जैसे विश्लेषण उपकरण सम्मिलित हो सकते हैं।
  • filename.out - सीएचएआरएमएम रन के लिए लॉग फ़ाइल, जिसमें प्रतिध्वनित कमांड और विभिन्न मात्रा में कमांड आउटपुट सम्मिलित हैं। आउटपुट प्रिंट स्तर को सामान्य रूप से बढ़ाया या घटाया जा सकता है, और न्यूनतमकरण और डायनामिक्स जैसी प्रक्रियाओं में प्रिंटआउट आवृत्ति विनिर्देश होते हैं। तापमान, ऊर्जा दबाव आदि के मान उस आवृत्ति पर आउटपुट होते हैं।

स्वयंसेवक कंप्यूटिंग

डेलावेयर विश्वविद्यालय द्वारा होस्ट की गई डॉकिंग@होम, उन परियोजनाओं में से है जो वितरित कंप्यूटिंग के लिए ओपन-सोर्स प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करती है, बीओआईएनसी, मॉलिक्यूलर डायनामिक्स (एमडी) सिमुलेशन और न्यूनतमकरण के संदर्भ में प्रोटीन-लिगैंड अंतःक्रियाएँ के परमाणु विवरण का विश्लेषण करने के लिए सीएचएआरएमएम का उपयोग करती है।

आईबीएम द्वारा प्रायोजित वर्ल्ड कम्युनिटी ग्रिड ने द क्लीन एनर्जी प्रोजेक्ट नाम से परियोजना चलाई[19] जिसने अपने पहले चरण में सीएचएआरएमएम का भी उपयोग किया था जो पूरा हो चुका है।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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