JM
J. McCammon
Author with expertise in Protein Structure Prediction and Analysis
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PDB2PQR: an automated pipeline for the setup of Poisson-Boltzmann electrostatics calculations

Todd Dolinsky et al.Jul 1, 2004
Continuum solvation models, such as Poisson–Boltzmann and Generalized Born methods, have become increasingly popular tools for investigating the influence of electrostatics on biomolecular structure, energetics and dynamics. However, the use of such methods requires accurate and complete structural data as well as force field parameters such as atomic charges and radii. Unfortunately, the limiting step in continuum electrostatics calculations is often the addition of missing atomic coordinates to molecular structures from the Protein Data Bank and the assignment of parameters to biomolecular structures. To address this problem, we have developed the PDB2PQR web service (http://agave.wustl.edu/pdb2pqr/). This server automates many of the common tasks of preparing structures for continuum electrostatics calculations, including adding a limited number of missing heavy atoms to biomolecular structures, estimating titration states and protonating biomolecules in a manner consistent with favorable hydrogen bonding, assigning charge and radius parameters from a variety of force fields, and finally generating ‘PQR’ output compatible with several popular computational biology packages. This service is intended to facilitate the setup and execution of electrostatics calculations for both experts and non-experts and thereby broaden the accessibility to the biological community of continuum electrostatics analyses of biomolecular systems.
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Accelerated molecular dynamics: A promising and efficient simulation method for biomolecules

Donald Hamelberg et al.Jun 4, 2004
Many interesting dynamic properties of biological molecules cannot be simulated directly using molecular dynamics because of nanosecond time scale limitations. These systems are trapped in potential energy minima with high free energy barriers for large numbers of computational steps. The dynamic evolution of many molecular systems occurs through a series of rare events as the system moves from one potential energy basin to another. Therefore, we have proposed a robust bias potential function that can be used in an efficient accelerated molecular dynamics approach to simulate the transition of high energy barriers without any advance knowledge of the location of either the potential energy wells or saddle points. In this method, the potential energy landscape is altered by adding a bias potential to the true potential such that the escape rates from potential wells are enhanced, which accelerates and extends the time scale in molecular dynamics simulations. Our definition of the bias potential echoes the underlying shape of the potential energy landscape on the modified surface, thus allowing for the potential energy minima to be well defined, and hence properly sampled during the simulation. We have shown that our approach, which can be extended to biomolecules, samples the conformational space more efficiently than normal molecular dynamics simulations, and converges to the correct canonical distribution.
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Improvements to the APBS biomolecular solvation software suite

Elizabeth Jurrus et al.Aug 24, 2017
Abstract The Adaptive Poisson–Boltzmann Solver (APBS) software was developed to solve the equations of continuum electrostatics for large biomolecular assemblages that have provided impact in the study of a broad range of chemical, biological, and biomedical applications. APBS addresses the three key technology challenges for understanding solvation and electrostatics in biomedical applications: accurate and efficient models for biomolecular solvation and electrostatics, robust and scalable software for applying those theories to biomolecular systems, and mechanisms for sharing and analyzing biomolecular electrostatics data in the scientific community. To address new research applications and advancing computational capabilities, we have continually updated APBS and its suite of accompanying software since its release in 2001. In this article, we discuss the models and capabilities that have recently been implemented within the APBS software package including a Poisson–Boltzmann analytical and a semi‐analytical solver, an optimized boundary element solver, a geometry‐based geometric flow solvation model, a graph theory‐based algorithm for determining p K a values, and an improved web‐based visualization tool for viewing electrostatics.
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