Dinámica molecular visual

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VMD visualización de un virión Aerosolizado SARS-CoV-2 de 1 millón de átomos, renderizado con Tachyon en una estación de trabajo con 1TB RAM.

Visual Molecular Dynamics (VMD) es un programa informático de visualización y modelado molecular. VMD se desarrolla principalmente como una herramienta para ver y analizar los resultados de simulaciones de dinámica molecular. También incluye herramientas para trabajar con datos volumétricos, datos de secuencia y objetos gráficos arbitrarios. Las escenas moleculares se pueden exportar a herramientas de renderizado externas como POV-Ray, RenderMan, Tachyon, Virtual Reality Modeling Language (VRML) y muchas otras. Los usuarios pueden ejecutar sus propios scripts Tcl y Python dentro de VMD, ya que incluye intérpretes Tcl y Python integrados. VMD se ejecuta en Unix, Apple Mac macOS y Microsoft Windows. VMD está disponible para usuarios no comerciales bajo una licencia específica de distribución que permite tanto el uso del programa como la modificación de su código fuente, sin costo alguno.

Historia

Satélite tabaco mosaico virus gráficos moleculares producidos en VMD y producidos utilizando Tachyon. La escena se muestra con una combinación de superficies moleculares coloreadas por una distancia radial, y los ácidos nucleicos mostrados en representaciones de cinta. El renderizado Tachyon utiliza iluminación directa y iluminación de oclusión ambiental para mejorar la visibilidad de los bolsillos y cavidades. Los ejes VMD se muestran como un simple ejemplo de renderización de geometría no molecular.

VMD se ha desarrollado bajo los auspicios del investigador principal Klaus Schulten en el grupo de Biofísica Teórica y Computacional del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Un programa precursor, llamado VRChem, fue desarrollado en 1992 por Mike Krogh, William Humphrey y Rick Kufrin. La versión inicial de VMD fue escrita por William Humphrey, Andrew Dalke, Ken Hamer, Jon Leech y James Phillips. Fue lanzado en 1995. Las primeras versiones de VMD se desarrollaron para estaciones de trabajo Silicon Graphics y también podían ejecutarse en un entorno virtual automático de cueva (CAVE) y comunicarse con una simulación de Dinámica Molecular a Nanoescala (NAMD). VMD fue desarrollado aún más por A. Dalke, W. Humphrey, J. Ulrich en 1995-1996, seguidos por Sergei Izrailev y J. Stone durante 1997-1998. En 1998, John Stone se convirtió en el principal desarrollador de VMD, portando VMD a muchos otros sistemas operativos Unix y completando la primera versión OpenGL con todas las funciones. La primera versión de VMD para la plataforma Microsoft Windows se lanzó en 1999. En 2001, Justin Gullingsrud, Paul Grayson y John Stone agregaron soporte para dispositivos de retroalimentación háptica y desarrollaron aún más la interfaz entre VMD y NAMD para realizar simulaciones interactivas de dinámica molecular. En desarrollos posteriores, Jordi Cohen, Gullingsrud y Stone reescribieron por completo las interfaces gráficas de usuario, agregaron soporte integrado para la visualización y el procesamiento de datos volumétricos y el uso de OpenGL Shading Language.

Comunicación entre procesos

VMD puede comunicarse con otros programas a través de Tcl/Tk. Esta comunicación permite el desarrollo de varios complementos externos que funcionan junto con VMD. Estos complementos aumentan el conjunto de funciones y herramientas de VMD, convirtiéndolo en uno de los software más utilizados en química computacional, biología y bioquímica.

Aquí hay una lista de algunos complementos VMD desarrollados con Tcl/Tk:

  • Fuerza Delphi — cálculo y visualización de la fuerza electrostática
  • Pathways Plugin — identificar las vías dominantes de transferencia de electrones y estimar el túnel electrónico donante a receptor
  • Check Sidechains Plugin — comprueba y ayuda a seleccionar el mejor estado de orientación y protonación para Asn, Gln y sus cadenas laterales
  • MultiMS Plugin — caches MSMS cálculos para acelerar la animación de una secuencia de marcos
  • Dinámicas Esenciales Interactivas — Visualización interactiva de dinámicas esenciales
  • Mead Ionize — Mejor versión de autoionizar para sistemas altamente cargados
  • VMD Scripts de Andriy Anishkin — Muchos scripts VMD útiles para la visualización y análisis
  • RMSD Trajectory Tool — versión de desarrollo del plugin RMSD para trayectorias
  • Herramienta de agrupación — Visualizar grupos de conformaciones de una estructura
  • iTrajComp — herramienta interactiva de comparación de objetos
  • Swap — Intercambio de coordenadas atómicas para mejorar la alineación RMSD
  • Intervor — Extracción y visualización de interfaz Protein-Protein
  • Surf Vol — Superficie de medición y volumen de proteínas
  • vmdICE — Plugin for computing RMSD, RMSF, SASA, and other time-varying quantity
  • molUP - Un plugin VMD para manejar cálculos QM y ONIOM usando el software gasussiano
  • VMD Tienda - Una extensión VMD que ayuda a los usuarios a descubrir, instalar y actualizar otros plugins VMD.
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