Amber是一套程序的总称，它允许用户进行分子动力学模拟，特别是对生物大分子进行模拟。Amber中没有一个单独的程序使用这个名字，但是各个部分协同工作，并为许多常见的计算提供一个强大的框架平台。术语Amber也被用来指代Amber软件开发实现的经验力场。然而，应该认识到，代码和力场是分开的：其他几个计算机软件包已经实现了Amber力场，其他力场也可以用Amber软件实现。此外，力场是公共领域的，而代码是根据许可协议分发的。
Amber软件套件分为两部分。AmberTools20是一个主要根据GPL许可证免费提供的程序集合（免费），而Amber20则是以pmemd模拟程序为中心，根据一个更严格的许可证获得许可（就是收费）。Amber20代表了与最近的前一版本Amber18相比的重大变化。（我们已改为按日历年的最后两位数字对Amber版本进行编号，因此没有奇数的版本）。请参阅http://ambermd.org，了解最重要的变化。
AmberTools是一套用于生物分子模拟和分析的程序。它们被设计成可以相互配合，并与 "常规 "Amber 套装程序一起工作。可以用AmberTools执行许多模拟任务，也可以用AmberTools和Amber本身的组合进行更广泛的模拟。
AmberTools的大多数组件是根据GNU通用公共许可证（GPL）发布的。少数组件属于公共领域或有其他开源许可证。更多信息见README文件。
每个人都应该阅读（或至少略读）本章。即使你是一个有经验的Amber用户，也可能有你遗漏的东西，或新的功能，这将有助于你。http://ambermd.org 的Amber网页上也有提示和例子。尽管Amber一开始可能看起来复杂得令人生畏，但在过去几年中，它已经变得更容易使用，而且一旦你了解了基本架构和选项选择，总体上是相当直接的。特别是，我们在教程方面下了很大的功夫，使新用户可以使用这些教程。成千上万的人已经学会了使用Amber；不要轻易气馁。
如果你想进一步了解基本的生化模拟技术，可以参考各种好书，从介绍性描述[5-7]到关于液态模拟方法的标准作品[8-10]，再到涵盖生物分子建模许多重要方面的多作者汇编。
如果你是这个领域的新手，第14章提供了一个基本介绍。
1.1. Amber中的信息流
了解从哪里开始使用AmberTools主要是管理这个软件包中的信息流的问题--见图1.1。你首先需要了解模拟程序（sander、pmemd、mdgx或nab）需要什么信息。你需要知道这些信息从哪里来，以及它如何变成这些程序所需要的形式。本节旨在为新用户提供指导，不能替代各个程序的文档。
所有模拟程序都需要的信息（见图1.1中的圆圈）。
1. 系统中每个原子的笛卡尔坐标。这些通常来自X射线晶体学、核磁共振光谱学或建立的模型。它们通常应该是蛋白质数据库（PDB）的格式。LEaP程序为执行这些建模任务提供了一个平台，但用户也可以考虑其他程序。一般来说，需要对这些文件进行编辑，而pdb4amber脚本可以完成其中的一些工作。
2. 拓扑结构。连接性、原子名称、原子类型、残基名称和电荷。这些信息来自数据库，在$AMBERHOME/dat/leap/lib目录下，并在第3章进行了描述。它包含了标准氨基酸以及N端和C端带电氨基酸、DNA、RNA、常见的糖类和脂类的拓扑结构。其他分子的拓扑信息（在标准数据库中找不到）被保存在用户生成的 "残基文件 "中，这些文件通常是用antechamber创建。
3. 力场。系统中所有的键、角、二面体和原子类型的参数。几个力场的标准参数可以在$AMBERHOME/dat/leap/parm目录下找到，更多信息见第3章。这些文件可以 "按原样 "用于蛋白质和核酸，或者用户可以自己准备包含对标准力场的修改文件。
4. 一旦拓扑结构和坐标文件（通常称为prmtop和prmcrd，但也可以使用任何合法的文件名）被创建，parmed脚本就可以用来检查和验证这些文件，并进行修改。特别是，checkValidity将标出许多潜在的问题。
5. 命令。用户指定所需的程序选项和状态参数。这些是在输入文件（默认名为mdin）或用NAB语言编写的 "驱动 "程序中指定的。
1.1.1. 准备程序
LEaP是在Amber中创建一个新系统或修改现有系统的主要程序。它可以作为命令行程序tleap或图形用户界面xleap使用。它结合了Amber早期版本的prep、link、edit和parm的功能。
pdb4amber通常帮助准备来自其他地方（如rcsb.org）的pdb格式文件，以便与LEaP兼容。
parmed提供了一个简单的方法来提取参数-拓扑文件中定义的参数信息。它还可以用来检查参数拓扑文件对复杂系统是否有效（见checkValidity命令），而且它还可以对该文件进行简单的修改。
antechamber是使用通用Amber力场（GAFF）处理有机小分子（如药物、改性氨基酸）的一个主要的程序。这些可以直接用于LEaP，也可以作为进一步开发参数的起点。
MCPB.py提供了一种建立、标准化、验证金属蛋白和有机金属化合物的MM模型的方法。它使用键合加电学模型来扩展现有的对加力场。它是MCPB在Python中的重新实现，具有更高效的工作流程，并自动纳入了以前版本的许多建模过程。
IPMach.py提供了一个工具来促进离子的非键合模型（12-6 LJ模型和12-6-4 LJ型模型）的参数化。
mdgx允许通过拟合量子数据生成任何分子的键合力场参数。
packmol-memgen通过用Memembed确定输入蛋白质的方向并使用Packmol作为包装引擎来生成膜系统，无论是否含有蛋白质。它可以处理复杂的脂质混合物，以及多层系统。通过charmmlipid2amber.py，其输出与Amber兼容。
1.1.2. 模拟程序
sander（AmberTools的一部分）是基本的能量最小化和分子动力学程序。该程序通过迭代将原子沿着能量梯度向下移动来放松结构，直到获得足够低的平均梯度。分子动力学部分通过整合牛顿运动方程生成系统的构型。与最小化相比，分子动力学将取样更多的构型空间，并允许结构跨越小的势能障碍。在模拟过程中，可以定期保存构型以便以后分析，还可以使用热力学积分进行基本自由能计算。更详细的构象搜索和建模MD研究也可以使用sander模块进行。该模块允许在基本力场中加入各种约束条件，并特别为核磁共振、X射线或低温电镜结构细化中涉及的计算类型而设计。
pmemd（Amber的一部分）是sander的一个版本，针对速度和并行扩展进行了优化；pmemd.cuda变体在GPU上运行。这个名字代表了 "Particle Mesh Ewald分子动力学"，但这个代码现在也可以进行广义的Born模拟。输入和输出与sander相比只有一些变化。
gem.pmemd（AmberTools的一部分）是pmemd程序的一个（仅限CPU）变体，旨在使用 "高级 "力场进行计算，如AMOEBA[16] 和GEM。
1.1.3. 分析程序
mdout_analyzer.py是一个简单易行的Python脚本，它将提供sander或pmemd输出文件中的信息摘要。
cpptraj是主要的轨迹分析工具（用C++编写），用于进行叠加，提取坐标，计算键/角/二面体值，原子位置波动，相关函数，分析氢键等。更多信息见第32章。
pytraj是cpptraj的一个Python包装器。它通过与Python丰富的生态系统（如numpy、scipy和ipython-notebook）相结合，为数据分析引入了额外的灵活性。
pbsa是一个用于生物分子的溶剂介导的能量学分析程序。pbsa.cuda变体在GPU上运行。它可以用来进行静电和非静电的连续溶解计算，输入的坐标文件来自分子动力学模拟和其他来源（pqr格式）。它还支持在各种可视化程序中对溶剂介导的静电势进行可视化。
更多信息见第6章。
MMPBSA.py是一个Python脚本，它利用连续溶剂模型产生的想法对分子动力学模拟的快照进行自动能量分析。(也有一个较早的perl脚本，叫做mm_pbsa.pl，具有类似的功能）。
FEW（自由能工作流程）使用TI、MM/PBSA类型或LIE计算，自动进行蛋白质-配体结合的自由能计算。
1.2. 程序清单
Amber由大量的程序组成，旨在帮助你进行化学系统的计算研究，而且发布的工具数量定期增长。本节提供了一个包括在AmberTools中的主要程序的清单。在这里列出的每个程序都对其主要功能作了非常简要的描述，并提供了对其文件的参考。对于大多数程序，在没有参数的情况下执行它，会打印出使用说明。
AddToBox 一个将溶剂分子添加到晶胞中的程序。参见第18.3小节。
amb2chm_par.py 用于将AMBER数据和/或frcmod文件转换为CHARMM PAR文件。参见第14.2.4节。
amb2chm_psf_crd.py 将AMBER prmtop和inpcrd文件转换为CHARMM PSF和CRD文件的程序。参见第14.2.4节。
amb2gro_top_gro.py 一个将AMBER prmtop和inpcrd文件转换为GROMACS top和gro文件的程序。参见第14.2.4节。
CartHess2FC.py 一个使用Seminario方法在笛卡尔Hessian矩阵基础上推导力常数的程序。参见第17.2.5小节。
car_to_files.py 一个基于car文件生成mol2和PDB文件的程序。参见第17.2.8节。
ChBox 一个用于改变Amber重启文件的盒子尺寸的程序。参见第18.4小节。
IPMach.py 用于促进离子的非键合模型参数化的python程序。参见第17.2.2小节。
MCPB.py 一个具有优化工作流程的MCPB的python版本。参见第17.2.1小节。
MMPBSA.py 一个对轨迹进行后处理的程序，根据MM/PBSA近似法计算结合自由能。参见第34章。
mol2rtf.py 用于将mol2文件转换为CHARMM RTF文件。参见第17.2.9节。
OptC4.py 用于优化蛋白质系统中金属-位点复合体的C4项。见17.2.4小节。
PdbSearcher.py 一个Pdbsearcher的python版本，是MTK++的一个程序。见第17.2.3小节。
PropPDB 一个用于传播PDB结构的程序。参见第18.2节
ProScrs.py 一个用于将蛋白质段切割成簇并加盖的程序。参见第17.2.7节。
UnitCell 用于从PDB结构中重新创建一个晶体学单元的程序。见第18.1节
am1bcc 由antechamber调用的程序，在配体参数化过程中计算AM1-BCC电荷。它可以作为一个独立的程序使用，当你输入没有参数的程序名称时，会打印出选项。见第15.3节
ambpdb 一个将Amber系统（prmtop和inpcrd/restart）转换为PDB、MOL2或PQR文件的程序。参见第31.1节
ante-MMPBSA.py 一个为MMPBSA创建必要的、自洽的prmtop文件的程序，带有一个起始拓扑文件。见第34.2.2节
antechamber 一个用于配体和其他小分子参数化的程序。参见第15章
atomtype 由antechamber调用的程序，用于判断输入结构中的原子类型。它可以作为一个独立的程序使用。参见第 15.3 节
bondtype 由antechamber调用的程序，用于判断输入结构中存在哪些类型的键。它可以作为一个独立的程序使用。参见第15.3节
ceinutil.py 一个创建恒定氧化还原电位输入（cein）文件的程序。参见第25.1节
cestats 一个从恒定氧化还原电位模拟中计算氧化还原状态统计的程序。参见第25.6节
charmmlipid2amber.py 将CHARMM-GUI脂质生成器创建的PDB转换为Amber和AmberTools程序识别的脚本。
cpinutil.py 一个创建恒定pH值输入（cpin）文件的程序。参见第24.2节
cpeinutil.py 用于创建恒定pH值和氧化还原电位输入文件（cpein）。
cpptraj 一个用于轨迹后处理和数据分析的多功能程序。见第32章
cphstats 一个从恒定pH值模拟中计算质子化状态统计的程序。见第24.7节
elsize 一个估计给定输入结构的有效静电尺寸的程序。参见第4.2.1节
espgen 在配体或小分子参数化过程中由antechamber调用以生成ESP文件的程序。
espgen.py espgen的python版本。参见第17.2.6小节。
finddgref.py 一个自动寻找恒定pH值和恒定氧化还原电位模拟所需的Delta G参考值的程序。参见第24.5.1节
fixremdcouts.py 该程序可以对任何Replica Exchange模拟的CPout和/或CEout文件进行排序，包括MultiD-REMD。参见第23.3.9.4节
fitpkaeo.py 一个自动拟合所有可滴定残基的pKa或标准氧化还原电位值的程序，从多个CPout或CEout文件的cphstats或cestats输出开始。
ffgbsa 一个计算MM/GBSA能量的程序，是amberlite软件包的一部分。
FEW.pl 一个使自由能计算的工作流程自动化的程序。参见第35章
gbnsr6 一个计算基于表面积的广义博恩溶解自由能的程序。见第5节
genremdinputs.py 一个为任何Replica Exchange模拟（包括MultiD-REMD）生成输入文件（mdins, groufile和rem-file）的程序。参见第23.3.3节
hcp_getpdb 一个向拓扑结构（prmtop）文件添加必要部分的程序，以便用于HCP GB近似计算。参见第39.5节
makeANG_RST 一个创建角度约束的程序，与sander的nmropt=1一起使用。
makeCHIR_RST 一个创建手性约束文件的程序，供sander的nmropt=1使用
makeDIP_RST.cyana 一个基于CYANA的偶极信息的约束程序，供sander的nmropt=1使用
makeDIST_RST 一个创建距离约束的程序，供sander的nmropt=1使用
mdgx 显性溶剂，PME分子动力学引擎。见第16章
mdout_analyzer.py 一个允许你快速分析和绘制sander/pmemd输出文件数据的脚本。参见第31节
metalpdb2mol2.py 一个将金属离子的PDB文件转换为mol2文件的脚本，专门用于MCPB.py的建模。参见第17.2.10节
mm_pbsa.pl 用于进行MM/PBSA计算的较老的perl脚本。我们鼓励新用户使用MMPBSA.py来代替。
mm_pbsa_statistics.pl 作为mm_pbsa.pl的补充脚本，用于从完成的mm_pbsa计算中计算MM/PBSA的统计数据。
mm_pbsa_nabnmode 用于通过mm_pbsa.pl对生物大分子进行最小化和正常模式分析的程序。
mmpbsa_py_energy 一个NAB程序，用于计算使用GB或PB溶剂模型的MMPBSA的能量。它可以作为一个独立的程序使用，模仿sander的imin=5功能，但是它在MMPBSA内部被自动调用。参见MMPBSA的mdin文件作为这个程序的输入文件的例子。提供-help或-h可以打印出使用信息。
mmpbsa_py_nabnmode 一个NAB程序，用于计算MMPBSA的正常模式熵贡献。这实际上只能由MMPBSA使用。
molsurf 一个根据输入的PQR文件和探针半径计算分子表面积的程序。
nab 代表 Nucleic Acid Builder。NAB实际上是一个编译器，它提供了一种松散地基于C语言的方便的分子编程语言，参见第38章和其他相关章节。
nfe-umbrella-slice 一个处理NFE模块中产生的偏置电位的程序。见第23.4.8节
nmode 一个过时的程序，用于计算生物分子的正常模式。我们鼓励你使用NAB来代替。见第39.1节
packmol-memgen 一个用于生成膜模拟系统的工作流程。见12.6
mdgx 通过拟合量子数据改进力场参数。见第16章
parmchk2 一个分析输入力场库文件（mol2或amber prep）的程序，并将相关参数提取到一个frcmod文件中。见第15.1.2节
parmed 用于查询和操作prmtop文件的程序。见第14.2节
pbsa 用于计算静电和非静电连续溶解自由能的程序。见第6章
pbsa.cuda 一个GPU加速版本的pbsa。参见第6章
pdb4amber 一个准备PDB文件以用于LEaP的程序。参见第12.4节
pmemd 一个性能和并行优化的动力学引擎，实现了sander功能的一个子集
pmemd.cuda pmemd的GPU加速版本
prepgen 一个作为antechamber的一部分使用的程序，生成一个Amber预处理文件。参见第15.3节
pytraj 一个与cpptraj绑定的Python程序。参见第33节
reduce 一个用于在PDB中添加或删除氢原子的程序。参见第12.5节
residuegen 一个自动生成Amber残基模板（即Amber预处理文件）的程序。参见第15.4.3节
respgen 一个由antechamber调用的程序，用于生成RESP输入文件。参见第15.3节
rism1d 一个1D-RISM解算器。参见第7.4节
rism3d.snglpnt 用于单点计算的三维RISM求解器。见第7.6节
Sander 用Amber运行分子模拟的主要引擎。最初是Nmr-Derived Energy Restraints模拟退火的首字母缩写。
saxs_rism 一个从3D-RISM输出计算小（宽）角度X射线散射曲线的程序
saxs_md 一个从MD轨迹计算小（宽）角度X射线散射曲线的程序
sqm 半经验的（或独立的）量子力学求解器。见第9章
tleap 一个用特定的设置命令行参数调用teLeap的脚本。见第13章
xleap 一个用特定的设置命令行参数调用xaLeap的脚本。参见第13章
xparmed ParmEd功能的图形化前端（即参数文件编辑和查询）。见第14.2节
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