Added the change docs by Adam
[unres.git] / doc / 3.1 / latex / unresman.tex
1 \documentclass[12pt]{article}
2 %\usepackage{latex2html}
3 \usepackage{enumerate}
4 \usepackage{longtable}
5 \usepackage{hyperref}
6 \usepackage{amsmath}
7 \usepackage{color}
8 \parindent=0pt
9 \parskip=12pt
10 \textheight=24cm
11 \textwidth=18cm
12 \topmargin=-2.5cm
13 \oddsidemargin=-0.5cm
14 \setcounter{secnumdepth}{5}
15 \setcounter{tocdepth}{5}
16 \begin{document}
17 \sloppy
18
19 \title{UNRES - A PROGRAM FOR COARSE-GRAINED SIMULATIONS OF PROTEINS}
20
21 \author{Department of Molecular Modeling\\ Faculty of Chemistry\\ University of Gdansk\\ Sobieskiego 18\\ 80-952 Gdansk, Poland\\
22 \\
23 \\
24 Scheraga Group\\ Baker Laboratory of Chemistry \\
25 and Chemical Biology\\ Cornell University\\ Ithaca, NY 14853-1303, USA}
26
27 \maketitle
28
29 \newpage
30
31 \tableofcontents
32
33 %TABLE OF CONTENTS
34 %
35 %1. License terms
36 %2. Credits
37 %3. General information
38 %   3.1. Purpose
39 %   3.2. Functions of the program
40 %   3.3. Companion programs
41 %   3.4. Programming language
42 %   3.5. References
43 %4. Installation
44 %5. Customizing your batch and C-shell script
45 %6. Command line and files
46 %7. Force fields
47 %8. Input files
48 %   8.1. Main input data file
49 %        8.1.1 Title
50 %        8.1.2. Control data (data list format; READ_CONTROL subroutine)
51 %               8.1.2.1 Keywords to chose calculation type
52 %               8.1.2.2 Specification of protein and structure output in non-MD applications
53 %               8.1.2.3. Miscellaneous
54 %        8.1.3. Minimizer options (data list, subroutine READ_MINIM)
55 %        8.1.4. CSA control parameters
56 %        8.1.5. MCM data (data list, subroutine MCMREAD)
57 %        8.1.6. MD data (subroutine READ_MDPAR)
58 %        8.1.7. REMD/MREMD data (subroutine READ_REMDPAR)
59 %        8.1.8. Energy-term weights (data list; subroutine MOLREAD)
60 %        8.1.9. Input and/or reference PDB file name (text format; subroutine MOLREAD)
61 %        8.1.10. Amino-acid sequence (free and text format)
62 %        8.1.11. Disulfide-bridge information (free format; subroutine READ_BRIDGE)
63 %        8.1.12. Dihedral-angle restraint data (free format; subroutine MOLREAD)
64 %        8.1.13. Distance restraints (subroutine READ_DIST_CONSTR)
65 %        8.1.14. Internal coordinates of the reference structure (free format; subroutine READ_ANGLES)
66 %        8.1.15. Internal coordinates of the initial conformation (free format; subroutine READ_ANGLES)
67 %                8.1.15.1. File name with internal coordinates of the conformations to be processed
68 %        8.1.16 Control data for energy map construction (data lists; subroutine MAP_READ)
69 %   8.2. Input coordinate files
70 %   8.3. Other input files
71 %9. Output files
72 %   9.1. Coordinate files
73 %        9.1.1. The internal coordinate (INT) files
74 %        9.1.2. The plain Cartesian coordinate (X) files
75 %        9.1.3. The compressed Cartesian coordinate (CX) files
76 %        9.1.4. The Brookhaven Protein Data Bank format (PDB) files
77 %        9.1.5. The SYBYLL (MOL2) files
78 %   9.2. The summary (STAT) file
79 %        9.2.1. Non-MD runs
80 %        9.2.2. MD and MREMD runs
81 %   9.3. CSA-specific output files
82 %10. Technical support contact information
83 %
84
85 \newpage
86
87 \section{LICENSE TERMS}
88 \label{sect:license}
89
90 \begin{itemize}
91
92 \item
93                 This software is provided free of charge to academic users, subject to the condition that no part of it be sold or used otherwise for commercial purposes, including, but not limited to its incorporation into commercial software packages, without written consent from the authors. For permission contact Prof. H. A. Scheraga, Cornell University.
94
95 \item
96                 This software package is provided on an ``as is'' basis. We in no way warrant either this software or results it may produce.
97
98 \item
99                 Reports or publications using this software package must contain an acknowledgment to the authors and the NIH Resource in the form commonly used in academic research.
100
101 \end{itemize}
102
103 \newpage
104
105 \section{CREDITS}
106 \label{sect:credits}
107
108 The current and former developers of UNRES are listed in this section in alphabetic 
109 order together with their current or former affiliations.
110
111 {\obeylines
112 Maurizio Chinchio (formerly Cornell Univ., USA)
113 Cezary Czaplewski (Univ. of Gdansk, Poland)
114 Carlo Guardiani (Georgia State Univ., USA)
115 Yi He (Cornell Univ., USA)
116 Justyna Iwaszkiewicz (Swiss Institute of Bioinformatics, Switzerland)
117 Dawid Jagiela (Univ. of Gdansk, Poland)
118 Stanislaw Jaworski (deceased)
119 Sebastian Kalinowski (Univ. of Gdansk, Poland)
120 Urszula Kozlowska (deceased)
121 Rajmund Kazmierkiewicz (Univ. of Gdansk, Poland)
122 Jooyoung Lee (Korea Institute for Advanced Studies, Korea)
123 Adam Liwo (Univ. of Gdansk, Poland)
124 Mariusz Makowski (Univ. of Gdansk, Poland)
125 Marian Nanias (formerly Cornell Univ., USA)
126 Stanislaw Oldziej (Univ. of Gdansk, Poland)
127 Jaroslaw Pillardy (Cornell Univ., USA)
128 Daniel Ripoll (formerly Cornell Univ., USA)
129 Jeff Saunders (Schrodinger Inc., USA)
130 Harold A. Scheraga (Cornell Univ., USA)
131 Hujun Shen (Dalian Institute of Chemical Physics, P.R. China)
132 Adam Sieradzan (Univ. of Gdansk, Poland)
133 Ryszard Wawak (formerly Cornell Univ., USA)
134 Bartlomiej Zaborowski (Univ. of Gdansk, Poland)
135 }
136
137 \newpage
138
139 \section{GENERAL INFORMATION}
140 \label{sect:geninfo}
141
142 \subsection{Purpose}
143 \label{sect:geninfo:purpose}
144
145 Run coarse-grained calculations of polypeptide chains with the UNRES force field.
146 There are two versions of the package which should be kept separate because of 
147 non-overlapping functions: version which runs global optimization (Conformational
148 Space Annealing, CSA) and version that runs coarse-grained molecular dynamics and
149 its extension. Because the installation, input file preparation and running CSA 
150 and MD versions are similar, a common manual is provided. Items specific
151 for the CSA and MD version are marked ``CSA'' and ``MD'', respectively.
152
153 MD version can be used to run multiple-chain proteins (however, that version of
154 the code is a new release and might fail if yet un-checked functions are used). 
155 The multi-chain CSA version for this purpose is another package (written largely in 
156 C++).
157
158 \subsection{Functions of the program}
159 \label{sect:geninfo:functions}
160
161 \begin{enumerate}
162
163 \item
164         Perform energy evaluation of a single or multiple conformations (serial and parallel) (CSA and MD).
165
166 \item
167         Run canonical mesoscopic molecular dynamics (serial and parallel) (MD).
168
169 \item
170         Run replica exchange (REMD) and multiplexing replica exchange (MREMD) dynamics (parallel only) (MD).
171
172 \item
173         Run multicanonical molecular dynamics (parallel only) (MD).
174
175 \item
176         Run energy minimization (serial and parallel) (CSA and MD).
177
178 \item
179         Run conformational space annealing (CSA search) (parallel only) (CSA).
180
181 \item
182         Run Monte Carlo plus Minimization (MCM) (parallel only) (CSA).
183
184 \item
185         Run conformational family Monte Carlo (CFMC) calculations (CSA).
186
187 \item
188         Thread the sequence against a database from the PDB and minimize energy of each structure (CSA).
189
190 \end{enumerate}
191
192 Energy and force evaluation is parallelized in MD version.
193
194
195 \subsection{Companion programs}
196 \label{sect:geninfo:companion}
197
198 The structures produced by UNRES can be used as inputs to the following programs provided
199 with this package or separately:
200
201 \begin{description}
202
203 \item{xdrf2pdb}   -- converts the compressed coordinate files from MD (but not MREMD)runs into 
204              PDB format.
205
206 \item{xdrf2pdb-m} -- same for MREMD runs (multiple trajectory capacity).
207
208 \item{xdrf2x}     -- converts the plain Cartesian coordinate files into PDB format.
209
210 \item{WHAM}       -- processes the coordinate files from MREMD runs and computes temperature profiles
211              of ensemble averages and computes the probabilities of conformations at selected
212              temperatures; also prepares data for CLUSTER and ZSCORE.
213
214 \item{CLUSTER}    -- does the cluster analysis of the conformations; for MREMD runs takes the 
215              coordinate files from WHAM which contain information to compute probabilities
216              of conformations at any temperature. 
217
218 \item{PHOENIX}    -- conversion of UNRES conformations to all-atom conformations.
219
220 \item{ZSCORE}     -- force field optimization (for developers).
221
222 \end{description}
223
224 Please consult the manuals of the corresponding packages for details. Note that not
225 all of these packages are released yet; they will be released depending on their 
226 readiness for distribution. Contact Adam Liwo, Cezary Czaplewski or Stanislaw Oldziej
227 for developmental versions of these programs.
228
229 \subsection{Programming language}
230 \label{sect:geninfo:language}
231
232 This version of UNRES is written almost exclusively in Fortran 77; some subroutines
233 for data management are in ansi-C. The package was parallelized with MPI.
234
235 \newpage
236
237 \subsection{References}
238 \label{sect:geninfo:references}
239
240 Citing the following references in your work that makes use of UNRES is gratefully
241 acknowledged:
242
243 \begingroup
244 \renewcommand{\section}[2]{}%
245 \begin{thebibliography}{10}
246
247 \bibitem{liwo_1997}
248     A. Liwo, S. Oldziej, M.R. Pincus, R.J. Wawak, S. Rackovsky, H.A. Scheraga.
249     A united-residue force field for off-lattice protein-structure simulations.
250     I: Functional forms and parameters of long-range side-chain interaction potentials 
251     from protein crystal data.  {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 1997}, 18, 849-873.
252
253 \bibitem{liwo_1997_02}
254     A. Liwo, M.R. Pincus, R.J. Wawak, S. Rackovsky, S. Oldziej, H.A. Scheraga.
255     A united-residue force field for off-lattice protein-structure simulations.
256     II: Parameterization of local interactions and determination
257     of the weights of energy terms by Z-score optimization.
258     {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 1997}, 18, 874-887.
259
260 \bibitem{liwo_1997_03}
261 A. Liwo, S. O{\l}dziej, R. Ka\'zmierkiewicz, M. Groth, C. Czaplewski.
262 Design of a knowledge-based force field for off-lattice simulations of protein
263 structure.
264 {\it Acta Biochim. Pol.}, {\bf 1997}, 44, 527-548.
265
266
267 \bibitem{liwo_1998}
268     A. Liwo, R. Kazmierkiewicz, C. Czaplewski, M. Groth, S. Oldziej, R.J. Wawak, 
269     S. Rackovsky, M.R. Pincus, H.A. Scheraga.
270     United-residue force field for off-lattice protein-structure simulations. 
271     III. Origin of backbone hydrogen-bonding cooperativity in united-residue potentials.
272     {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 1998}, 19, 259-276.
273
274 \bibitem{liwo_2001}
275     A. Liwo, C. Czaplewski, J. Pillardy, H.A. Scheraga.
276     Cumulant-based expressions for the multibody terms for the correlation between
277     local and electrostatic interactions in the united-residue force field.
278     {\it J. Chem. Phys.}, {\bf 2001}, 115, 2323-2347.
279
280 \bibitem{lee_2001}
281     J. Lee, D.R. Ripoll, C. Czaplewski, J. Pillardy,  W.J. Wedemeyer,  H.A. Scheraga, 
282     Optimization of parameters in macromolecular potential energy functions by 
283     conformational space annealing. {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2001}, 105, 7291-7298
284
285 \bibitem{pillardy_2001}
286     J. Pillardy,  C. Czaplewski, A. Liwo, W.J. Wedemeyer, J. Lee, D.R. Ripoll, 
287     P. Arlukowicz, S. Oldziej, Y.A. Arnautova,  H.A. Scheraga, 
288     Development of physics-based energy functions that predict medium-resolution 
289     structures for proteins of the $\alpha, \beta$, and $\alpha/\beta$  structural classes. 
290     {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2001}, 105, 7299-7311
291
292 \bibitem{liwo_2002}
293     A. Liwo, P. Arlukowicz, C. Czaplewski, S. Oldziej, J. Pillardy, H.A. Scheraga.
294     A method for optimizing potential-energy functions by a hierarchical design
295     of the potential-energy landscape: Application to the UNRES force field.
296     {\it Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.}, {\bf 2002}, 99, 1937-1942.
297
298 \bibitem{saunders_2003}
299     J. A. Saunders and H.A. Scheraga.
300     Ab initio structure prediction of two $\alpha$-helical oligomers
301     with a multiple-chain united-residue force field and global search.
302     {\it Biopolymers}, {\bf 2003}, 68, 300-317.
303
304 \bibitem{saunders_2003_02}
305     J.A. Saunders and H.A. Scheraga.
306     Challenges in structure prediction of oligomeric proteins at the united-residue
307     level: searching the multiple-chain energy landscape with CSA and CFMC procedures.
308     {\it Biopolymers}, {\bf 2003}, 68, 318-332.
309
310 \bibitem{oldziej_2003}
311      S. Oldziej, U. Kozlowska, A. Liwo, H.A. Scheraga.
312      Determination of the potentials of mean force for rotation about C$^\alpha$-C$^\alpha$
313      virtual bonds in polypeptides from the ab initio energy surfaces of terminally 
314      blocked glycine, alanine, and proline. {\it J. Phys. Chem. A}, {\bf 2003}, 107, 8035-8046.
315
316 \bibitem{liwo_2004}
317      A. Liwo, S. Oldziej, C. Czaplewski, U. Kozlowska, H.A. Scheraga.
318      Parameterization of backbone-electrostatic and multibody contributions
319      to the UNRES force field for protein-structure prediction from ab initio
320      energy surfaces of model systems. {\it J. Phys. A}, {\bf 2004}, 108, 9421-9438.
321
322 \bibitem{oldziej_2004}
323      S. Oldziej, A. Liwo, C. Czaplewski, J. Pillardy, H.A. Scheraga.
324      Optimization of the UNRES force field by hierarchical design of the
325      potential-energy landscape. 2. Off-lattice tests of the method with single
326      proteins.  {\it J. Phys. Chem. B.}, {\bf 2004}, 108, 16934-16949.
327
328 \bibitem{oldziej_2004_02}
329      S. Oldziej, J. Lagiewka, A. Liwo, C. Czaplewski, M. Chinchio,
330      M. Nanias, H.A. Scheraga.
331      Optimization of the UNRES force field by hierarchical design of the
332      potential-energy landscape. 3. Use of many proteins in optimization.
333      {\it J. Phys. Chem. B.}, {\bf 2004}, 108, 16950-16959.
334
335 \bibitem{oldziej_2004_03}
336      M. Khalili, A. Liwo, F. Rakowski, P. Grochowski, H.A. Scheraga.
337      Molecular dynamics with the united-residue model of polypeptide chains.
338      I. Lagrange equations of motion and tests of numerical stability in the
339      microcanonical mode, {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2005}, 109, 13785-13797.
340
341 \bibitem{khalili_2005}
342      M. Khalili, A. Liwo, A. Jagielska, H.A. Scheraga.
343      Molecular dynamics with the united-residue model of polypeptide chains.
344      II. Langevin and Berendsen-bath dynamics and tests on model $\alpha$-helical
345      systems. {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2005}, 109, 13798-13810.
346
347 \bibitem{khalili_2005_02}
348      A. Liwo, M. Khalili, H.A. Scheraga.
349      Ab initio simulations of protein-folding pathways by molecular dynamics with
350      the united-residue model of polypeptide chains.
351      {\it Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.}, {\bf 2005}, 102, 2362-2367.
352
353 \bibitem{rakowski_2006}
354      F. Rakowski, P. Grochowski, B. Lesyng, A. Liwo, H. A. Scheraga.
355      Implementation of a symplectic multiple-time-step molecular dynamics algorithm,
356      based on the united-residue mesoscopic potential energy function.
357      {\it J. Chem. Phys.}, {\bf 2006}, 125, 204107.
358
359 \bibitem{nanias_2006}
360      M. Nanias, C. Czaplewski, H.A. Scheraga.
361      Replica exchange and multicanonical algorithms with the coarse-grained
362      united-residue (UNRES) force field.
363      {\it J. Chem. Theory and Comput.}, {\bf 2006}, 2, 513-528.
364
365 \bibitem{liwo_2007}
366      A. Liwo, M. Khalili, C. Czaplewski, S. Kalinowski, S. Oldziej, K. Wachucik, H.A. Scheraga.
367      Modification and optimization of the united-residue (UNRES) potential energy
368      function for canonical simulations. I. Temperature dependence of the effective
369      energy function and tests of the optimization method with single training
370      proteins.
371      {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2007}, 111, 260-285.
372
373 \bibitem{kozlowska_2007}
374      U. Kozlowska, A. Liwo, H.A. Scheraga.
375      Determination of virtual-bond-angle potentials of mean force for coarse-grained
376      simulations of protein structure and folding from ab initio energy surfaces of
377      terminally-blocked glycine, alanine, and proline.
378      {\it J. Phys.: Condens. Matter}, {\bf 2007}, 19, 285203.
379
380 \bibitem{chichio_2007}
381      M. Chinchio, C. Czaplewski, A. Liwo, S. Oldziej, H.A. Scheraga.
382      Dynamic formation and breaking of disulfide bonds in molecular dynamics
383      simulations with the UNRES force field.
384      {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2007}, 3, 1236-1248.
385
386 \bibitem{rojas_2007}
387      A.V. Rojas, A. Liwo, H.A. Scheraga.
388      Molecular dynamics with the united-residue force field: Ab Initio folding
389      simulations of multichain proteins.
390      {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2007}, 111, 293-309.
391
392 \bibitem{liwo_2008}
393      A. Liwo, C. Czaplewski, S. Oldziej, A.V. Rojas, R. Kazmierkiewicz,
394      M. Makowski, R.K. Murarka, H.A. Scheraga.
395      Simulation of protein structure and dynamics with the coarse-grained UNRES
396      force field. In: Coarse-Graining of Condensed Phase and Biomolecular
397      Systems., ed. G. Voth, Taylor \& Francis, 2008, Chapter 8, pp. 107-122.
398
399 \bibitem{czaplewski_2009}
400      C. Czaplewski, S. Kalinowski, A. Liwo, H.A. Scheraga.
401      Application of multiplexed replica exchange molecular dynamics
402      to the UNRES force field: tests with $\alpha$ and $\alpha+\beta$ proteins.
403      {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2009}, 5, 627-640.
404
405 \bibitem{he_2009}
406      Y. He, Y. Xiao, A. Liwo, H.A. Scheraga.
407      Exploring the parameter space of the coarse-grained UNRES force field by random 
408      search: selecting a transferable medium-resolution force field.
409      {\it J. Comput.  Chem.}, {\bf 2009}, 30, 2127-2135.
410  
411 \bibitem{kozlowska_2010}
412      U. Kozlowska, A. Liwo. H.A. Scheraga.
413      Determination of side-chain-rotamer and side-chain and backbone
414      virtual-bond-stretching potentials of mean force from AM1 energy surfaces of
415      terminally-blocked amino-acid residues, for coarse-grained simulations of
416      protein structure and folding. 1. The Method.
417      {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 2010}, 31, 1143-1153.
418
419 \bibitem{kozlowska_2010_02}
420      U. Kozlowska, G.G. Maisuradze, A. Liwo, H.A. Scheraga.
421      Determination of side-chain-rotamer and side-chain and backbone
422      virtual-bond-stretching potentials of mean force from AM1 energy surfaces of
423      terminally-blocked amino-acid residues, for coarse-grained simulations of
424      protein structure and folding. 2. Results, comparison with statistical
425      potentials, and implementation in the UNRES force field.
426      {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 2010}, 31, 1154-1167.
427
428 \bibitem{liwo_2010}
429      A. Liwo, S. Oldziej, C. Czaplewski, D.S. Kleinerman, P. Blood, H.A. Scheraga.
430      Implementation of molecular dynamics and its extensions with the coarse-grained 
431      UNRES force field on massively parallel systems; towards millisecond-scale 
432      simulations of protein structure, dynamics, and thermodynamics.
433      {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2010}, 6, 890-909.
434
435 \end{thebibliography}
436 \endgroup
437
438 \newpage
439
440 \section{INSTALLATION}
441 \label{sect:install}
442
443 The distribution is contained in the UNRES.tar.gz file. To uncompress say:
444
445 \begin{verbatim}
446 gzip -cd UNRES.tar.gz | tar xf -
447 \end{verbatim}
448
449 This will produce a directory named UNRES with the following subdirectories:
450
451 \begin{description}
452
453 \item{src\_CSA} -- the CSA-version source directory.
454
455 \item{src\_MD} -- the MD-version source directory, single chains.
456
457 \item{src\_MD-M} -- the MD-version source directory, oligomeric proteins
458
459 \item{bin} -- the binaries/scripts directory; its BATCH\_SCRIPTS directory contains the
460       batch scripts (at present the only example is for PBS: unres\_3P\_PBS.csh,
461       which is an UNRES calling script and start.mat, which is the batch script
462       submitted to the PBS system).
463
464 \item{doc} -- documentation (this file and EXAMPLES.TXT)
465
466 \item{examples} -- sample input files (see EXAMPLES.TXT for description).
467
468 \end{description}
469
470 To produce the executable do the following:
471
472 \begin{enumerate}[(a)]
473 %a) 
474 \item
475   To build parallel version, make sure that MPI is installed in your system. 
476    Note that the package will have limited functions when compiled in a single-CPU mode.
477    On linux cluster the command source \$HOME/.env should be added to .tcshrc
478    or equivalent file to use parallel version of the program, the
479    alternative is to use queuing system like PBS.
480    In some cases the FORTRAN library subroutine GETENV does not work properly
481    with MPI, if the script is run interactively. In such a case try to 
482    add the source mygentenv.F and turn on the -DMYGETENV preprocessor flag.
483 %b) 
484 \item
485    Change directory to the respective source directory.
486 %c) 
487 \item
488    Edit the appropriate Makefile (parallel program that includes CSA 
489    procedure, the serial version is no longer supported, for serial task 
490    parallel program can be run using only one processor) to customize to your 
491    system. Makefiles for the following systems are provided:
492
493    Makefile\_osf\_f90  - OSF1/Tru64 UNIX HP Alphaserver with f90 compiler, 
494    Makefile\_lnx\_pgf90 - Linux, the pgf90 compiler,
495    Makefile\_lnx\_ifc  - Linux, ifc compiler.
496    Makefile\_win\_pgf90 - Windows, the pgf90 compiler. 
497    
498    Other systems should not cause problems; all you have to do is to change 
499    the compiler, compiler options, and preprocessor options. Also, change the 
500    BIN variable, if you want to put your binaries in other place than 
501    PROTARCH/BIN. In the case of Makefile make sure that the MPI directories are
502    correctly specified.
503
504    The following architectures are defined in the .F source files:
505
506 \begin{description}
507
508    \item{AIX} -- AIX systems (put -DAIX as one of the preprocessor options, if
509      this is your system).
510
511    \item{LINUX} -- Linux (put -DLINUX).
512
513    \item{G77} -- Gnu-Fortran compilers (might require sum moderate source code editing)
514          (put -DG77). The recommended compiler is gfortran and not g77.
515
516    \item{PGI} -- PGI compilers.
517
518    \item{WINPGI} -- additional setting for PGI compilers for MS Windows.
519
520    \item{SGI} -- all SGI platforms; should also be good for SUN platforms (put -DSGI). 
521
522    \item{WIN} -- MS Windows with Digital Fortran compiler (put -DWIN)
523
524 \end{description}
525
526    For other platforms, the only problems might appear in connection with
527    machine-specific I/O instructions. Many files are opened in the append
528    mode, whose specification in the OPEN statement is quite machine-dependent. 
529    In this case you might need to modify the source code accordingly.
530    The other platform dependent routines are the timing routines contained
531    in timing.F. In addition to the platforms specified above, ES9000, SUN, 
532    KSR, and CRAY are defined there.
533
534    For parallel build -DMP and -DMPI must be set (these are set in Makefile). 
535
536    IMPORTANT! Apart from this, two define flags: -DCRYST\_TOR and -DMOMENT
537    define earlier versions of the force field. The MUST NOT be entered, if
538    the CASP5 and later versions of the force field are used.
539
540 %d)
541 \item
542    Build the unres executables by typing at your UNIX prompt:
543
544 \begin{verbatim}
545    make                    # will build unres
546    make clean              # will remove the object files
547 \end{verbatim}
548
549    The bin directory contains pre-built binaries for Red Hat Linux. These 
550    executables are specified in the csh scripts listed in section 4.
551
552 %e) 
553 \item
554    Customize the C-shell scripts unres.unres (to run the parallel version on
555    set of workstation). See the next section of this manual for guidance.
556
557 After the executables are build and C-shell scripts customized, you can run the
558 test examples contained in UNRES/examples.
559
560 \end{enumerate}
561
562 \newpage
563
564 \section{CUSTOMIZING YOUR C-SHELL SCRIPT}
565 \label{sect:custom}
566
567 IMPORTANT NOTE -- The unres.csh script is for Linux and should also be easily
568 adaptable to other systems running MPICH. This script is for interactive
569 parallel jobs. Examples of scripts compatible with PBS (pbs.sub) and LoadLever 
570 (sp2.sub) queuing systems are also provided.
571
572 Edit the following lines in your unres.csh script:
573
574 \begin{verbatim}
575 set DD = your_database_directory
576 \end{verbatim}
577
578 e.g., if you installed the package on the directory /usr/local, this line
579 looks like this:
580
581 \begin{verbatim}
582 set DD = /usr/local/UNRES/PARAM
583 set BIN = your_binaries_directory
584 set FGPROCS = number_of_processors_per_energy/force_evaluation (MD)
585 \end{verbatim}
586
587 e.g., if the root directory is as above:
588
589 \begin{verbatim}
590 set BIN = /usr/local/UNRES/bin
591 \end{verbatim}
592
593 \section{COMMAND LINE AND FILES}
594 \label{sect:command}
595
596 To run UNRES interactively enter the following command at your Unix prompt 
597 or put it in the batch script:
598
599 \begin{verbatim}
600 unres.csh POTENTIAL INPUT N_PROCS
601 \end{verbatim}
602
603 where:
604
605 POTENTIAL specifies the side-chain interaction potential type and must be
606 one  of the following:
607
608 \begin{description}
609
610 \item{LJ}  -- 6-12 radial Lennard-Jones.
611
612 \item{LJK} -- 6-12 radial Lennard-Jones-Kihara (shifted Lennard Jones).
613
614 \item{BP}  -- 6-12 anisotropic Berne-Pechukas based on Gaussian overlap (dilated
615       Lennard-Jones).
616
617 \item{GB}  -- 6-12 anisotropic Gay-Berne (shifted Lennard-Jones).
618
619 \item{GBV} -- 6-12 anisotropic Gay-Berne-Vorobjev (shifted Lennard-Jones).
620
621 See section \ref{sect:forcefields} (Force Fields) for explanation and usage.
622
623 At present, only the LJ and GB potentials are applied. The LJ potential
624 is used in the ``CASP3'' version of the UNRES force field that is able
625 to predict only $\alpha$-helical structures. All further version of the
626 UNRES force field use the GB potential. For the description of all above-mentioned 
627 potentials see ref. \cite{liwo_1997_02}.
628
629 \item{INPUT} is the prefix for input and output files (see below)
630
631 \item{N\_PROCS} is the number of processors; for a CSA or REMD/MREMD run it MUST be at least 2.
632
633 \end{description}
634
635 Note! The script takes one more variable, FGPROCS, as the fourth argument,
636 which is the number of fine-grain processors to parallelize energy
637 evaluations. The corresponding code is in UNRES/CSA, but it was written
638 using MPL instead of MPI and therefore is never used in the present version.
639 At present we have no plans to rewrite fine-grain parallelization using MPI,
640 because we found that the scalability for up to 200 residue polypeptide
641 chains was very poor, due to a small number of interactions and,
642 correspondingly, unfavorable ratio of the overhead to the computation time.
643
644 \begin{description}
645
646 \item{INPUT.inp} contains the main input data and the control parameters of the CSA
647    method. 
648
649 \item{INPUT.out\_POTENTIAL\_xxx} is the main output files from different processors; xxx
650    denotes the number of the processor
651
652 \item{INPUT\_POTENTIALxxx.stat} is the summary files with the energies, energy components,
653    and RMS deviations of the conformations produced by each of the processors;
654    not used in CSA runs; also it outputs different quantity in MD/MREMD runs.
655
656 CSA version specific files:
657
658 \item{INPUT\_POTENTIALxxx.int} is the internal coordinates; in the CSA run 
659
660 \item{INPUT\_POTENTIAL\_000.int} contains the coordinates of the conformations,
661    and the other files are empty
662
663 \item{INPUT.CSA.history} is the history file from a CSA run. This is an I/O file, because
664    it can be used to restart an interrupted CSA run.
665
666 \item{INPUT.CSA.seed} stores the random seed generated in a CSA run; written for
667    restart purposes.
668
669 \item{INPUT.CSA.bank} is the current bank of conformations obtained in CSA calculations
670    (expressed as internal coordinates). This information is also stored in
671    INPUT\_POTENTIAL000.int
672
673 \item{INPUT.CSA.rbank} -- as above, but contains random-generated conformations.
674
675 \end{description}
676
677 MD version specific files:
678
679 \begin{description}
680
681 \item{INPUT\_MDyyy.pdb} is the Cartesian coordinates of the conformations in PDB format.
682
683 \item{INPUT\_MDyyy.x} is the Cartesian coordinates of the conformations in ASCII format.
684
685 \item{INPUT\_MDyyy.cx} is the Cartesian coordinates of the conformations in compressed format
686                  (need xdr2pdb to convert to PDB format).
687 \end{description}
688
689 The program currently produces some more files, but they are not used
690 for any purposes and most of them are scratched after a run is completed.
691
692 The run script also contains definitions of the parameter files through the
693 following environmental variables:
694
695 \begin{description}
696
697 \item{SIDEPAR} -- parameters of the SC-SC interaction potentials ($U_{SC SC}$);
698
699 \item{SCPPAR} -- parameters of the SC-p interaction potential ($U_{SCp}$); this file can 
700   be ignored by specifying the -DOLDSCP preprocessor flag, which means that the 
701   built-in parameters are used; at present they are the same as the parameters 
702   in the file specified by SCPPAR;
703
704 \item{ELEPAR} -- parameters of the p-p interaction potentials ($U_{pp}$);
705
706 \item{FOURIER} -- parameters of the multibody potentials of the coupling between the
707           backbone-local and backbone-electrostatic interactions ($U_{corr}$);
708
709 \item{THETPAR} -- parameters of the virtual-bond-angle bending potentials ($U_b$);
710
711 \item{ROTPAR}  -- parameters of the side-chain rotamer potentials ($U_{rot}$);
712
713 \item{TORPAR} -- parameters of the torsional potentials ($U_{rot}$);
714
715 \item{TORDPAR} -- parameters of the double-torsional potentials.
716
717 \item{SCCORPAR} -- parameters of the supplementary torsional sequence-specific potentials.
718            (implemented recently).
719
720 \end{description}
721
722 \newpage
723
724 \section{FORCE FIELDS}
725 \label{sect:forcefields}
726
727 UNRES is being developed since 1997 and several versions of the force field
728 were produced. The settings and references to these force fields are
729 summarized below.
730
731 Force fields for CSA version (can be used in MD but haven't been parameterized for this 
732 purpose).
733
734 {\small
735 \hspace{-2cm}\begin{longtable}{|l|l|l|l|l|l|l|}\hline
736 \small
737 %---------------------------------------------------------------------------------------
738             & Additional    & SC-SC    & Example script   &  Structural    &\\
739 Force field & compiler flags& potential& and executables  & classes covered& References\\
740             &               &          & (Linux; PGF90    &&\\
741             &               &          & and IFC)         &&\\ \hline
742 %---------------------------------------------------------------------------------------
743 CASP3       & -DCRYST\_TOR   & LJ       & unres\_CASP3.csh    &only $\alpha$ &\cite{liwo_1997,liwo_1997_02,liwo_1998}\\
744             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_cryst\_tor.exe&&\\
745             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_cryst\_tor.exe &&\\
746             & -DCRYST\_SC    &&&&\\
747             & -DMOMENT      &&&&\\
748 &&&&&\\
749 ALPHA       & -DMOMENT      & GB  &      unres\_CASP4.csh    &only $\alpha$ &\cite{liwo_2001,lee_2001,pillardy_2001}\\
750             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_moment.exe   &&\\
751             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_moment.exe    &&\\
752             & -DCRYST\_SC    &&&&\\
753 &&&&&\\ 
754 BETA        & -DMOMENT      & GB  &      unres\_CASP4.csh    &only $\beta$  &\cite{liwo_2001,lee_2001,pillardy_2001}\\
755             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_moment.exe   &&\\
756             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_moment.exe    &&\\
757             & -DCRYST\_SC&&&&\\
758 &&&&&\\
759 ALPHABETA   & -DMOMENT      & GB  &      unres\_CASP4.csh    & all       &\cite{liwo_2001,lee_2001,pillardy_2001}\\
760             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_moment.exe   &&\\
761             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_moment.exe    &&\\
762             & -DCRYST\_SC &&&&\\
763 &&&&&\\
764 CASP5       & -DCRYST\_BOND  & GB  &      unres\_CASP5.csh    & all       &\cite{liwo_2002,saunders_2003,saunders_2003_02,liwo_2004}\\
765             & -DCRYST\_THETA &     &      unres\_pgf90.exe    &&\\
766             & -DCRYST\_SC    &     &      unres\_ifc6.exe     &&\\
767 &&&&&\\
768 3P          & -DCRYST\_BOND  & GB  &      unres\_3P.csh       & all       &\cite{oldziej_2004,oldziej_2004_02}\\
769             & -DCRYST\_THETA &     &      unres\_pgf90.exe    &&\\
770             & -DCRYST\_SC    &     &      unres\_ifc6.exe     &&\\
771 &&&&&\\
772 4P          & -DCRYST\_BOND  & GB  &      unees\_4P.csh       & all       &\cite{oldziej_2004,oldziej_2004_02}\\
773             & -DCRYST\_THETA &     &      unres\_pgf90.exe&&\\
774             & -DCRYST\_SC    &     &      unres\_ifc6.exe&&\\ \hline
775 %---------------------------------------------------------------------------------------
776 \end{longtable}
777 }
778
779 \newpage
780
781 Force fields for MD version \cite{khalili_2005,khalili_2005_02}.
782
783 {\small
784 \begin{longtable}{|l|l|l|l|l|l|l|}\hline
785 %---------------------------------------------------------------------------------------
786             & Additional    & SC-SC    & Example script   &  Structural    &\\
787 Force field & compiler flags& potential& and executables  & classes covered& References\\
788             &               &          & (Linux; PGF90&&\\
789             &               &          & and IFC)&&\\ \hline
790 %---------------------------------------------------------------------------------------
791 GAB         & -DCRYST\_BOND  & GB       & unres\_GAB.csh    &  mostly $\alpha$  & \cite{liwo_2007}\\
792             & -DCRYST\_THETA &&&&\\
793             & -DCRYST\_SC    &&&&\\     
794 &&&&&\\
795 E0G         & -DCRYST\_BOND  & GB       & unres\_E0G.csh    &  mostly $\alpha$  & \cite{liwo_2007}\\
796             & -DCRYST\_THET  &&&&\\
797             & -DCRYST\_SC    &&&&\\
798 &&&&&\\ 
799 1L2Y\_1LE1   & none          & GB       & unres\_ab.csh     &  all           & \cite{liwo_2007,kozlowska_2007,he_2009,kozlowska_2010,kozlowska_2010_02}\\ \hline
800 %---------------------------------------------------------------------------------------
801 \end{longtable}
802 }
803
804 The example scripts (the *.csh filed) contain all appropriate parameter files, while 
805 the energy-term weights are provided in the example input files listed in EXAMPLES.TXT
806 (*.inp; see section \ref{sect:input}. for description of the input files). However, it is user's 
807 responsibility to specify appropriate compiler flags. Note that a version WILL NOT work, 
808 if the force-field specific compiler flags are not set. The parameter files specified 
809 in the run script also must strictly correspond to the energy-term weights specified in 
810 the input file. The parameter files for specific force fields are also specified below 
811 and the energy-term weights are specified in section \ref{sect:input}.
812
813 The parameter files are as follows (the environment variables from section \ref{sect:command} are
814 used to identify the parameters):
815
816 CASP3:
817
818 \begin{longtable}{ll}
819 BONDPAR &bond.parm \\
820 THETPAR &thetaml.5parm\\
821 ROTPAR  &scgauss.parm\\
822 TORPAR  &torsion\_cryst.parm\\
823 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm (not used)\\
824 SIDEPAR &scinter\_LJ.parm\\
825 ELEPAR  &electr.parm\\
826 SCPPAR  &scp.parm\\
827 FOURIER &fourier\_GAP.parm (not used)\\
828 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm (not used)\\
829 \end{longtable}
830
831 ALPHA, BETA, ALPHABETA (CASP4):
832
833 \begin{longtable}{ll}
834 BONDPAR &bond.parm \\
835 THETPAR &thetaml.5parm\\
836 ROTPAR  &scgauss.parm\\
837 TORPAR  &torsion\_ecepp.parm\\
838 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm (not used)\\
839 SIDEPAR &scinter\_GB.parm\\
840 ELEPAR  &electr.parm\\
841 SCPPAR  &scp.parm\\
842 FOURIER &fourier\_GAP.parm\\
843 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm (not used)\\
844 \end{longtable}
845
846 CASP5:
847
848 \begin{longtable}{ll}
849 BONDPAR &bond.parm\\
850 THETPAR &thetaml.5parm\\
851 ROTPAR  &scgauss.parm\\
852 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
853 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
854 SIDEPAR &scinter\_GB.parm\\
855 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
856 SCPPAR  &scp.parm\\
857 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_iter7n\_c\\
858 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm (not used)\\
859 \end{longtable}
860
861 3P:
862
863 \begin{longtable}{ll}
864 BONDPAR &bond.parm\\
865 THETPAR &thetaml.5parm\\
866 ROTPAR  &scgauss.parm\\
867 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
868 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
869 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.3P7\_iter81\_1r\\
870 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
871 SCPPAR  &scp.parm\\
872 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
873 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm (not used)\\
874 \end{longtable}
875
876 4P:
877
878 \begin{longtable}{ll}
879 BONDPAR &bond.parm\\
880 THETPAR &thetaml.5parm\\
881 ROTPAR  &scgauss.parm\\
882 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
883 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
884 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.4P5\_iter33\_3r\\
885 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
886 SCPPAR  &scp.parm\\
887 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
888 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm (not used)\\
889 \end{longtable}
890
891 GAB:
892
893 \begin{longtable}{ll}
894 BONDPAR &bond.parm\\
895 THETPAR &thetaml.5parm\\
896 ROTPAR  &scgauss.parm\\
897 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
898 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
899 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.1gab\_3S\_qclass5no310-shan2-sc-16-10-8k\\
900 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
901 SCPPAR  &scp.parm\\
902 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
903 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm\\
904 \end{longtable}
905
906 E0G:
907
908 \begin{longtable}{ll}
909 BONDPAR &bond.parm\\
910 THETPAR &thetaml.5parm\\
911 ROTPAR  &scgauss.parm\\
912 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
913 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
914 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.1e0g-52-17k-2k-newclass-shan1e9\_gap8g-sc\\
915 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
916 SCPPAR  &scp.parm\\
917 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
918 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm\\
919 \end{longtable}
920
921 1L2Y\_1LE1:
922
923 \begin{longtable}{ll}
924 BONDPAR &bond\_AM1.parm\\
925 THETPAR &theta\_abinitio.parm\\
926 ROTPAR  &rotamers\_AM1\_aura.10022007.parm\\
927 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
928 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
929 SIDEPAR &scinter\_\${POT}.parm\\
930 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
931 SCPPAR  &scp.parm\\
932 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
933 SCCORPAR&rotcorr\_AM1.parm\\
934 \end{longtable}
935
936 Additionally, for 1L2Y\_1LE1, the following environment variables and files are required
937 to generate random conformations:
938
939 THETPARPDB thetaml.5parm\\
940 ROTPARPDB scgauss.parm
941
942 For CSA, the best force field is 4P. For MD, the 1L2Y\_1LE1 force field is best for
943 ab initio prediction but provides medium resolution (5 A for 60-residue proteins) and 
944 overemphasizes $\beta$-structures and has to be run with secondary-structure-prediction
945 information. For prediction of the structure of mostly $\alpha$-protein, and for running
946 dynamics of large proteins, the best is the GAB force field. All these force fields
947 were trained by using our procedure of hierarchical optimization \cite{oldziej_2004,oldziej_2004_02}.
948 The 4P and 1L2Y\_1LE1 force fields have considerable power independent of structural class. 
949 The ALPHA, BETA, and ALPHABETA force fields (for CSA) were used in the CASP4 exercises
950 and the CASP5 force field was used in the CASP5 exercise with some success; ALPHA 
951 predicts reasonably the structure of $\alpha$-helical proteins and is still not obsolete, 
952 while for $\beta$- and $\alpha+\beta$-structure prediction
953 3P or 4P should be used, because they are cheaper and more reliable than BETA and
954 ALPHABETA. The early CASP3 force field is included for historical reasons only.
955
956 \newpage
957
958 \section{INPUT FILES}
959 \label{sect:input}
960
961 \subsection{Main input data file}
962 \label{sect:input:main}
963
964 Most of the data are organized as data lists, where the data can be put
965 in any order, using a series of statements of the form:
966
967 KEYWORD=value
968
969 for simple non-logical variables
970
971 or just
972
973 KEYWORD
974
975 to indicate that the corresponding option is turned on. For array variables
976 the assignment statement is:
977
978 KEYWORD=value1,value2,...
979
980 However, the data lists are unnamed and that must be placed EXACTLY in the 
981 order indicated below. The presence of an \& in the 80th column of a line
982 indicates that the next line will belong to the same data group. The parser
983 subroutines that interpret the keywords are case insensitive.
984
985 Each group of data organized as a data list is indicated as data list format 
986 input.
987
988 \subsubsection{Title}
989 \label{sect:input:main:title}
990
991 Any string containing up to 80 characters. The first input line is always 
992 interpreted as title.
993
994 \subsubsection{Control data} 
995 \label{sect:input:main:control}
996
997 This data section is in data list format and is read in the READ\_CONTROL subroutine.
998
999 \paragraph{Keywords to chose calculation type}
1000
1001 \begin{description}
1002
1003 \item{OUT1FILE} -- only the master processor prints the output file in a parallel job
1004
1005 \item{MINIMIZE} -- if present, energy minimization will be carried out.
1006
1007 \item{REGULAR} -- regularize the read in conformation (usually a crystal or
1008            NMR structure) by doing a series of three constrained minimizations,
1009            to keep the structure as close as possible to the starting
1010            (experimental) structure. The constraints are the CA-CA distances 
1011            of the initial structure. The constraints are gradually diminished
1012            and removed in the last minimization. 
1013
1014 \item{SOFTREG} -- regularize the read in conformation (usually a crystal or NMR
1015            structure) by doing a series of constrained minimizations, with
1016            additional use of soft potential and secondary structure
1017            freezing, to keep the structure as close as possible to the
1018            starting (experimental) structure. 
1019
1020            
1021 \item{CSA}    -- if present, the run is a CSA run. At present, this is the only 
1022           reliable mode of doing global conformational search with this
1023           package; it is NOT recommended to use MCM or THREAD for this
1024           purpose.
1025
1026 \item{MCM}  -- if present, this is a Monte Carlo Minimization (MCM) run. 
1027
1028 \item{MULTCONF} -- if present, conformations will be read from the INPUT.intin
1029           file.
1030
1031 \item{MD}  -- run canonical MD (single or multiple trajectories).
1032
1033 \item{RE}  -- run REMD or MREMD (parallel jobs only).
1034
1035 \item{MUCA}  -- run multicanonical MD calculations (parallel jobs only).
1036
1037 \item{MAP=number} (integer) --
1038 Conformational map will be calculated in chosen angles.
1039
1040 \item{THREAD=number} (integer) --
1041 Threading or threading-with-minimization run, using a database of structures 
1042 contained in the \$DD/patterns.cart pattern data base (502 chains or chain
1043 fragments), using a total number patterns. It is recommended to use this with 
1044 energy minimization; this implies regularization of each minimized pattern.
1045 See refs. \cite{liwo_1997_02} and \cite{liwo_1997_03}.
1046
1047 \item{CHECKGRAD} -- compare numerical and analytical gradient; to be followed by:
1048
1049 \item{CART}  -- energy gradient in virtual-bond vectors (Cartesian coordinates)
1050
1051 \item{INT}  -- energy gradient in internal coordinates (default)
1052
1053 \item{CARINT} -- derivatives of the internal coordinates in the virtual-bond vectors.
1054
1055 \end{description}
1056
1057 \paragraph{Specification of protein and structure output in non-MD applications}
1058
1059 \begin{description}
1060
1061 \item{ONE\_LETTER} -- one-letter and not three-letter code of the amino-acid residues 
1062             is used.
1063
1064 \item{SYM} (1) -- number of chains with same sequence (for oligomeric proteins only).
1065
1066 \item{PDBSTART} -- the initial conformation is read in from a PDB file.
1067
1068 \item{UNRES\_PDB} -- the starting conformation is in UNRES representation (C$^\alpha$
1069             and SC coordinates only). This keyword MUST appear in such a case
1070             or the program will generate erroneous and unrealistic side-chain
1071             coordinates.
1072
1073 \item{RAND\_CONF} -- start from a random conformation.
1074
1075 \item{EXTCONF}  -- start from an extended chain conformation.
1076
1077 \item{PDBOUT}  -- if present, conformations will be output in PDB format. Note that
1078            this keyword affects only the output from single energy evaluation,
1079            energy minimization and multiple-conformation data. To request
1080            conformations from MD/MREMD runs in PDB format, the MDPDB keyword
1081            must be placed on the MD input record.
1082
1083 \item{MOL2OUT} -- if present, conformations will be output in SYBYL mol2 format.
1084
1085 \item{REFSTR}  -- if present, reference structure will be read (e.g., to monitor
1086            the RMS deviation from the crystal structure).
1087
1088 \item{PDBREF} -- if present, a reference structure will be read in to compare
1089            the calculated conformations with it.
1090
1091 \item{UNRES\_PBD} -- the starting/reference structure is read from an UNRES-generated
1092             PDB file.
1093
1094 \end{description}
1095
1096 Keywords: PDBOUT, MOL2OUT, PDBREF, and PDBSTART are ignored for a CSA run.
1097 Output mode for MD version is specified in MD input (see section \ref{sect:input:main:MD}).
1098
1099 \paragraph{Miscellaneous}
1100
1101 \begin{description}
1102
1103 \item{CONSTR\_DIST=number}
1104
1105 \begin{description}
1106 \item{0} -- no distance restraints,
1107 \item{$>0$} -- imposes harmonic restraints on selected distances; see section 5.12.
1108 In MD version, also restraints on the q variable \cite{liwo_2007} can be used.
1109 \end{description}
1110
1111 \item{WEIDIS=number} (real)
1112 the weight of the distance term; applies for REGULARIZE and THREAD, otherwise
1113 ignored.
1114
1115 \item{USE\_SEC\_PRED} -- use secondary-structure prediction information.
1116
1117 \item{SEED=number} (integer) (no default)
1118 Random seed (required, even if the run is not a CSA, MCM, MD or MREMD run).
1119
1120 \item{PHI} -- only the virtual-bond dihedral angles $\gamma$ are considered as
1121            variables in energy minimization.
1122
1123 \item{BACK} -- only the backbone virtual angles (virtual-bond angles theta and 
1124            virtual-bond dihedral angles $\gamma$) are considered as variables 
1125            in energy minimization.
1126
1127 By default, all internal coordinates: $\theta$, $\gamma$, and the side-chain
1128 centroid polar angles $\alpha$ and $\beta$ are considered as variables in energy
1129 minimization. 
1130
1131 \item{RESCALE\_MODE=number} (real)
1132 Choice of the type of temperature dependence of the force field.
1133 \begin{description}
1134 \item{0}  -- no temperature dependence
1135 \item{1}  -- homographic dependence (not implemented yet with any force field)
1136 \item{2}  -- hyperbolic tangent dependence \cite{liwo_2007}.
1137 \end{description}
1138
1139 \item{T\_BATH=number} (real)
1140 temperature (for MD runs and temperature-dependent force fields).
1141 \end{description}
1142
1143 The following keywords apply to MCM only:
1144
1145 \begin{description}
1146
1147 \item{MAXGEN=number} (integer) (10000)
1148 maximum number of conformations generated in a single MCM iteration
1149
1150 \item{MAXOVERLAP=number} (integer) (1000)
1151 maximum number of conformations with ``bad'' overlaps allowed to appear in a
1152 row in a single MCM iteration.
1153
1154 \item{DISTCHAINMAX} -- (multi-chain capacity only) maximum distance between the
1155                last residue of a given chain and the first residue of the
1156                next chain such that restraints will not be imposed; quartic
1157                restraints will be imposed for greater distances.
1158
1159 \item{ENERGY\_DEC} -- detailed energies will be printed for each interacting pair
1160              or each virtual bond, virtual-bond angle and dihedral angle,
1161              side chain, etc. DO NOT use unless a single energy evaluation
1162              was requested.
1163 \end{description}
1164
1165 \subsubsection{Minimizer options}
1166
1167 This data section is in data list format and is read in the READ\_MINIM subroutine.
1168
1169 This data group is present, if MINIMIZE was specified on the control card.
1170 Otherwise, it must not appear.
1171
1172 \begin{description}
1173
1174 \item{CART} -- minimize in virtual-bond vectors instead of angles.
1175
1176 \item{MAXMIN=number} (integer) (2000)
1177 maximum number of iterations of the SUMSL minimizer.
1178
1179 \item{MAXFUN=number} (integer) (5000)
1180 maximum number of function evaluations in a single minimization.
1181
1182 \item{TOLF=number} (real) (1.0e-2)
1183 Tolerance on function.
1184
1185 \item{RTOLF=number} (real) (1.0d-4)
1186 Relative tolerance on function.
1187
1188 \item{PRINT\_INI} -- turns on printing nondefault minimization parameters, 
1189 initial variables, and gradients in the SUMSL procedures.
1190
1191 \item{PRINT\_FINAL} -- turns on printing final variables and gradients in
1192 SUMSL.
1193
1194 \item{PRINT\_STAT} -- turns on printing abbreviated minimization protocol.
1195
1196 \end{description}
1197
1198 The SUMSL minimizer is used in UNRES/CSA. For detailed description of
1199 the control parameters see the source file cored.f and sumsld.f
1200
1201
1202 \subsubsection{CSA control parameters}
1203 \label{sect:input:main:CSA}
1204
1205 This data group should be present only, if CSA was specified on the control
1206 card. It is recommended that the readers to read publications on CSA method
1207 for more complete description of the parameters. Brief description of
1208 parameters:
1209
1210 \begin{description}
1211
1212 \item{NCONF=number} (integer) (50) 
1213 This corresponds to the size of the bank at the beginning of the
1214 CSA procedure. The size of the bank, nbank, is set to nconf.
1215 If necessary (at much later stages of the CSA: see icmax below), 
1216 nbank increases by multiple of nconf.
1217
1218 \item{JSTART=number} (integer) (1)
1219
1220 \item{JEND}=number (integer) (1)
1221 This corresponds to the limit values of do loop, each of which
1222 corresponds to an separate CSA run. If jstart=1, and jstart=100,
1223 this routine will repeat 100 separate CSA runs (limited by CPU)
1224 each one with separate random number initialization.
1225 The only difference between two CSA runs (one with jstart=jend=1 
1226 and another one with jstart=jend=2) would be different random
1227 number initializations if other parameters are identical.
1228
1229 \item{NSTMAX=number} (integer) (500000)
1230 This is to set a limit the total number of local minimizations of CSA
1231 before termination.
1232
1233 \end{description}
1234
1235 N1=number (integer) (6)\\
1236 N2=number (integer) (4)\\
1237 N3=number (integer) (0)\\
1238 N4=number (integer) (0)\\
1239 N5=number (integer) (0)\\
1240 N6=number (integer) (10)\\
1241 N7=number (integer) (0)\\
1242 N8=number (integer) (0)\\
1243 N9=number (integer) (0)\\
1244 IS1=number (integer) (1)\\
1245 IS2=number (integer) (8)\\
1246
1247 These numbers are used to generate trial conformations for each seed.
1248 See the file newconf.f for more details.
1249
1250 \begin{description}
1251  \item{n1:} the total number of trial conformations for each seed by substituting
1252      nran number of variable angles (see subroutine newconf1ab and 
1253      subroutine newconf1ar),
1254  \item{n2:} the total number of trial conformations for each seed by substituting
1255      nran number of groups of variable angles (see subroutine newconf1bb and 
1256      subroutine newconf1br),
1257  \item{n3:} the total number of trial conformations for each seed by substituting 
1258      a window of residues which forms a $\beta$-hairpin, if there is no enough
1259      $\beta$-hairpins uses the same algorithm as n6,
1260  \item{n4:} the total number of trial conformations for each seed by shifting the 
1261      turn in $\beta$-hairpin by +/- 1 or 2 residues, if there is no enough
1262      $\beta$-hairpins uses the same algorithm as n6,
1263  \item{n5:} not used, 
1264  \item{n6:} the total number of trial conformations for each seed by substituting
1265      a window of residues [is1,is2] inclusive. The size of the window is
1266      determined in a random fashion (see subroutine newconf\_residue for 
1267      generation of the trial conformations),
1268  \item{n7:} the total number of trial conformations for each seed by copying a 
1269      remote strand pair forming nonlocal $\beta$-sheet contact,
1270  \item{n8:} the total number of trial conformations for each seed by copying an
1271      $\alpha$-helical segment,
1272  \item{n9:} the total number of trial conformations for each seed by shifting the
1273      $\alpha$-helical segment by +/- 1 or 2 residues. 
1274 \end{description}
1275
1276 Typical values used for a 75-residue helical protein is
1277 (6 4 0 0 0 10 1 26) for (n1,n2,n3,n4,n5,n6,is1,is2), respectively.
1278 In this example, a total of 20 trial conformations are generated for a seed
1279 Usually is1=1 is used for all applications, and the value of is2 is set about
1280 to 1/3 of the total number of residues. n3, n4 and n7 are design to help in 
1281 case of proteins with $\beta$-sheets
1282
1283 NRAN0=number (integer) (4)\\
1284 NRAN1=number (integer) (2)\\
1285 IRR=number (integer) (1)\\
1286
1287 These numbers are used to determine if the CSA stage is very early.
1288 One can use (4 2 1) for these values. For more details one should look into
1289 the file, newconf.f, for more details.
1290
1291 NTOTAL=number (integer) (10000)\\
1292 CUT1=number (real) (2.0)\\
1293 CUT2=number (real) (5.0)\\
1294
1295 Annealing schedule is set in following fashion.
1296 The value of D\_cut is reduced geometrically from 1/cut1 of D\_ave (at the 
1297 beginning) to 1/cut2 of D\_ave (after ntotal number of minimizations) where 
1298 D\_ave is the average distance between two conformations in the First\_bank.
1299
1300 \begin{description}
1301
1302 \item{ESTOP=number} (real) (-3000.0)
1303 The CSA procedure stops if a conformations with energy lower than estop is
1304 obtained. If the do-loop set by jstart and jend requires more than one loop, 
1305 the program will go on until the  do-loop is finished.
1306
1307 \item{ICMAX=number} (integer) (3)
1308 The maximum value of cycle (see the original publications for details).
1309 If the number of cycle exceeds this value the program will add nconf
1310 more conformations to Bank and First\_bank to continue CSA procedure if
1311 the new size of the nbank is within the maximum set by nbankm (see above).
1312 If the size of  nbank exceeds the maximum set by nbankm the CSA procedure
1313 for this run will stop and next CSA will begin depending on the do-loop 
1314 set by jstart and jend.
1315
1316 \item{IRESTART=number} (integer) (0)
1317 This tells you if the run is fresh start (irestart=0) or a restart (irestart=1)
1318 starting from an old results 
1319
1320 \item{NDIFF=number} (integer) (2) 
1321 The number of variables use in comparison when structure is added to the
1322 bank,4 - all angels, 2 - only backbone angles $\gamma$ and $\theta$
1323
1324 \item{NBANKTM=number} (integer) (0)
1325 The maximum number of structures saved in *.CSA.bankt as history of the run
1326 Do not use bankt on massively parallel computation as it kills scalability.
1327
1328 \item{DELE=number} (real) (20.0)
1329 Energy cutoff for bankt.
1330
1331 \item{DIFCUT=number} (real) (720.0)
1332 Angle cutoff for bankt.
1333
1334 \item{IREF=number} (integer) (0)
1335 0 - normal run, 1 - local CSA which generates only structures close to the
1336 reference one read from *.CSA.native.int file.
1337
1338 \item{RMSCUT=number} (real) (4.0)
1339 CA RMSD cut off used in local CSA
1340
1341 \item{PNCCUT=number} (real) (0.5)
1342 Percentage of native contact used in local CSA
1343
1344 \item{NCONF\_IN=number} (integer) (0)
1345 The number of conformation read for the first bank from the input file
1346 *.intin
1347 \end{description}
1348
1349 Optionally, the CSA parameters can be read from file INPUT.CSA.in, if
1350 this file exists. If so, they are read in free format in the following 
1351 order:
1352
1353 nconf\\
1354 jstart,jend\\
1355 nstmax\\
1356 n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7,n8,is1,is2\\
1357 nran0,nran1,irr\\
1358 nseed\\
1359 ntotal,cut1,cut2\\
1360 estop\\
1361 icmax,irestart\\
1362 ntbankm,dele,difcut\\
1363 iref,rmscut,pnccut\\
1364 ndiff\\
1365
1366
1367 \subsubsection{MCM data}
1368 \label{sect:input:main:MCM}
1369
1370 (Data list format, subroutine MCMREAD.)
1371
1372 This data group is present, if MCM was specified on the control card.
1373 Otherwise it must not appear.
1374
1375 \begin{description}
1376
1377 \item{MAXACC=number} (integer) (100)
1378 Maximum number of accepted conformations.
1379
1380 \item{MAXTRIAL=number} (integer) (100)
1381 Maximum number of unsuccessful trials in a row.
1382
1383 \item{MAXTRIAL\_ITER=number} (integer) (1000)
1384 Maximum number of unsuccessful trials in a single iteration.
1385
1386 \item{MAXREPM=number} (integer) (200)
1387 Maximum number of repetitions of the same minimum.
1388
1389 \item{RANFRACT=number} (real) (0.5d0)
1390 Fraction of chain-rebuild motions.
1391
1392 \item{OVERLAP=number} (real) (1.0d3)
1393 Bad contact energy criterion.
1394
1395 \item{NSTEPH=number} (integer) (0)
1396 Number of heating step in adaptive sampling.
1397
1398 \item{NSTEPC=number} (integer) (0)
1399 Number of cooling step in adaptive sampling.
1400
1401 \item{TMIN=number} (real) (298.0d0)
1402 Minimum temperature in adaptive-temperature sampling).
1403
1404 \item{TMAX=number} (real) (298.0d0)
1405 Maximum temperature in adaptive-temperature sampling).
1406
1407 The temperature is changed according to the formula:
1408
1409 T = TMIN*EXP(ISTEPH*(TMAX-TMIN)/NSTEPH) when heating
1410
1411 and
1412
1413 T = TMAX*EXP(-ISTEPC*(TMAX-TMIN)/NSTEPC) when cooling
1414
1415 The default is to use a constant temperature.
1416
1417 \item{NWINDOW=number} (integer) (0)
1418 Number of windows in which the variables will be perturbed; the windows are
1419 defined by the numbers of the respective amino-acid residues. If NWINDOW
1420 is nonzero, after specifying all MCM input the next lines must define the
1421 windows. Each line looks like this:
1422
1423 winstart winend (free format)
1424
1425 e.g. if NWINDOW=2, the input:
1426
1427 4 10\\
1428 15 20\\
1429
1430 will mean that only the variables of residues 4-10 and 15-20 will be perturbed.
1431 However, in general, all variables will be considered in minimization.
1432
1433 \item{PRINT\_MC=number} (0)
1434 Printout level in MCM. 0 - no intermediate printing, 1 and 2 - moderate
1435 printing, 3 - extensive printing.
1436
1437 \item{NO\_PRINT\_STAT} -- no output to INPUT\_POTENTIALxxx.stat.
1438
1439 \item{NO\_PRINT\_INT} -- no internal-coordinate output to INPUT\_POTENTIALxxx.int.
1440
1441 \end{description}
1442
1443 \subsubsection{MD data}
1444 \label{sect:input:main:MD}
1445
1446 (Mixed format;  subroutine READ\_MDPAR.)
1447
1448 \begin{description}
1449
1450 \item{NSTEP} (1000000) number of time steps per trajectory.
1451
1452 \item{NTWE} (100) NTWX (1000) frequency of energy and coordinate output, respectively.
1453 The coordinates are dumped in the pdb or compressed Gromacs (cx) format,
1454 depending on the next keyword.
1455 NTWE=0 means no energy dump.
1456
1457 \item{MDPDB} - dump coordinates in the PDB format (cx otherwise)
1458
1459 \item{TRAJ1FILE} only the master processor outputs coordinates. This feature pertains
1460   only to REMD/MREMD jobs and overrides NTWX; coordinates are dumped at every
1461   exchange in MREMD.
1462
1463 \item{REST1FILE} only the master writes the restart file
1464
1465 \item{DT} (real) (0.1) time step; the unit is ``molecular time unit'' (mtu); 1 mtu = 48.9 fs
1466
1467 \item{DAMAX} (real) (1.0) maximum allowed change of acceleration during a single time step.
1468 The time step gets scaled down, if this is exceeded.
1469
1470 \item{DVMAX} (real) (20.0) -- maximum allowed velocity (in A/mtu)
1471
1472 \item{EDRIFTMAX} (real) (10.0) -- maximum allowed energy drift in a single MD step (10 kcal/mol)
1473
1474 \item{REST} -- restart flag. The calculation is restarted if present.
1475
1476 \item{LARGE} -- very detailed output. Don't use except for debugging.
1477
1478 \item{PRINT\_COMPON} -- prints energy components.
1479
1480 \item{RESET\_MOMENT} (1000) -- frequency of zeroing out the total angular momentum when 
1481 running Berendsen mode calculations (for Langevin calculations meaningless).
1482
1483 \item{RESET\_VEL}=number (integer) (1000) -- frequency of resetting velocities to values
1484 from Gaussian distribution.
1485
1486 \item{RATTLE} -- use the RATTLE algorithm (constraint bonds); not yet implemented.
1487
1488 \item{RESPA} -- use the Multiple Time Step (MTS) or Adaptive Multiple Time Step (A-MTS) 
1489 algorithm \cite{rakowski_2006}.  Without this flag the variable time step (VTS) \cite{khalili_2005} is run.
1490
1491 \item{NTIME\_SPLIT=number} (integer) (1) -- initial number of time-split steps
1492
1493 \item{MAXTIME\_SPLIT=number} (integer) (64) -- maximum number of time-split step
1494
1495 If NTIME\_SPLIT==MAXTIME\_SPLIT, MTS is run. 
1496
1497 \item{R\_CUT=number} (real) (2.0) -- the cut-off distance in splitting the forces into short- and
1498 long-range in site-site VDW distance units.
1499
1500 \item{LAMBDA} (real) (0.3) -- the transition length (in site-site VDW distance units) between
1501 short- and long-range forces.
1502
1503 \item{XIRESP} --  flag to use MTS/A-MTS with Nos\'e-Hoover/Nos\'e-Poincar\'e thermostats.
1504
1505 \item{LANG=number} (integer) (0) Langevin dynamics flag:
1506
1507 \begin{description}
1508 \item{0} -- No explicit Langevin dynamics.
1509 \item{1} -- Langevin with direct integration of the equations of motion (recommended 
1510     for Langevin calculations)
1511 \item{2} -- Langevin calculation with analytical pre-integration of the friction and 
1512     stochastic part of the equations of motion using an algorithm adapted from TINKER.
1513     This is MUCH MORE time- and memory-consuming than 1 and requires compiling without 
1514     the -DLANG0 flag and enormously increases memory requirements.
1515 \item{3} -- The stochastic integrator developed by Cicotti and coworkers.
1516 \item{4} -- for other stochastic integrators (not used at present).
1517 \end{description}
1518
1519 Note: With the enclosed code, the -DLANG0 compiler flag is included which disables
1520 LANG=2 and LANG=3
1521
1522 \item{TBF} -- Berendsen thermostat.
1523
1524 \item{TAU\_BATH} (1.0) (units are mtus; 1mtu=48.9 fs) -- constant of the coupling to the thermal bath
1525    used with the Berendsen thermostat.
1526
1527 \item{NOSEPOINCARE99} -- the Nose-Poincare thermostat as of 1999 will be used.
1528
1529 \item{NOSEPOINCARE01} -- the Nose-Poincare thermostat as of 2001 will be used.
1530
1531 \item{NOSEHOOVER96} -- the Nose-Hoover thermostat will be used.
1532
1533 \item{Q\_NP=number} (real) (0.1) -- the value of the mass of the fictitious particle in the calculations
1534   with the Nose-Poincare thermostat.
1535
1536 \item{T\_BATH} (300.0) (in K) -- temperature of canonical simulation or temperature to generate
1537 velocities.
1538
1539 \item{ETAWAT} (0.8904) -- viscosity of water (in centipoises).
1540
1541 \item{RWAT} (1.4) -- radius of water molecule (in A)
1542
1543 \item{SCAL\_FRIC=number} (real) (0.02) -- scaling factor of the friction coefficients.
1544
1545 \item{SURFAREA} -- scale friction acting on atoms by atoms' solvent accessible area.
1546
1547 \item{RESET\_FRICMAT=number} (integer) (1000) -- recalculate friction matrix every RESET\_FRICMAT MD steps.
1548
1549 \item{USAMPL} -- restraints on q (see reference 5 for meaning) will be imposed (see section .
1550 In this case, the next records specify the restraints; these records are
1551 placed before the list of temperatures or numbers of trajectories.
1552
1553 \item{EQ\_TIME=number} (real) (1.0e4) -- time (in mtus; 1 mtu=48.9 fs) after which restraints
1554 on q will start to be in force.
1555
1556 \end{description}
1557
1558 If USAMPL has been specified, the following information must be supplied after the 
1559 main MD input data record (subroutine READ\_FRAGMENTS):
1560
1561 Line 1: nset, npair, nfrag\_back (number of sets of restraints, number of restrained 
1562 fragments, number of restrained pairs, number of restrained backbone fragments
1563 (in terms of $\theta$ and $\gamma$ angles) 
1564
1565 For each set of restraints (1, 2,..., nset):
1566
1567 \begin{description}
1568
1569 \item{mset(iset)} -- how many times the set is multiplied.
1570
1571 \item{wfrag(i,iset), ifrag(1,i,iset), ifrag2(2,i,iset),qfrag(i,iset)} --
1572 weight of the restraint, first and last residue of the fragment, target q value.
1573 This information is repeated through nfrag.
1574
1575 \item{wpair(i,iset), ipair(1,i,iset), ipair(2,i,iset),qinpair(i,iset)} --
1576 weight of the restraint, first and second fragment of the pair (according to fragment
1577 list), target q value.  This information is repeated through npair
1578
1579 \item{wfrag\_back(1,i,iset), wfrag\_back(2,i,iset), wfrag\_back(3,i,iset), 
1580 ifrag\_back(1,i,iset),ifrag\_back(2,i,iset)} --
1581 weight of the restraints on $\theta$ angles, weight on the restraints on $\gamma$ angles,
1582 weight of the restraints on side-chain rotamers, first residue of the fragment,
1583 last residue of the fragment. This information is repeated through nfrag\_back.
1584
1585 \end{description}
1586
1587 \subsubsection{REMD/MREMD data}
1588 label{sect:input:main:MREMD}
1589
1590 (Miced format; subroutine READ\_REMDPAR.)
1591
1592 \begin{description}
1593
1594 \item{NREP} (3) -- number of replicas in a REMD/MREMD run.
1595
1596 \item{NSTEX} (1000) -- number of steps after which exchange is performed in REMD/MREMD
1597   runs.
1598
1599 The temperatures in replicas can be specified through
1600
1601 \item{RETMIN} (10.0) -- minimum temperature in a REMD/MREMD run,
1602
1603 \item{RETMAX} (1000.0) -- maximum temperature in a REMD/MREMD run.
1604
1605 \end{description}
1606
1607 Then the range from retmin to retmax is divided into equal segments and
1608 temperature of the replicas assigned accordingly,
1609
1610 or 
1611
1612 \begin{description}
1613
1614 \item{TLIST} means that the NREP temperature of the replicas will be input in the
1615 next record.
1616
1617 \item{MLIST} numbers of trajectories per each of the NREP temperatures will be 
1618 specified in the record after the list of temperatures; this specifies
1619 a MREMD run. 
1620
1621 \end{description}
1622
1623 Important! The number of processors must be exactly equal to the number of
1624 trajectories, i.e., NREP for a REMD run or $\sum_i mlist(i)$ for a MREMD run.
1625
1626 \begin{description}
1627
1628 \item{SYNC} -- all trajectories will be synchronized every NSTEX time steps 
1629 (by default, they are not synchronized).
1630
1631 \item{TRAJ1FILE} -- only the master processor outputs coordinates. This feature pertains
1632   only to REMD/MREMD jobs and overrides NTWX; coordinates are dumped at every
1633   exchange in MREMD.
1634
1635 \item{REST1FILE} -- only the master writes the restart file.
1636
1637 \item{HREMD} -- Hamiltonian replica exchange flag; not only temperatures but also
1638 sets energy-term weights are exchanged between conformations. 
1639
1640 \item{TONLY} -- run a ``fake'' HREMD with many sets of energy-term weights in a 
1641 single run but only temperature exchange.
1642
1643 \end{description}
1644
1645 \subsubsection{Energy-term weights}
1646 \label{sect:input:main:weights}
1647
1648 (Data list format; subroutine MOLREAD.)
1649
1650 \begin{description}
1651
1652 \item{WLONG=number} (real) (1.0d0) --
1653 common weight of the U(SC-SC) (side-chain side-chain interaction) 
1654 and U(SC,p) (side-chain peptide-group) term.
1655
1656 \item{WSCC=number} (real) (WLONG) --
1657 weight of the U(SC-SC) term.
1658
1659 \item{WSCP=number} (real) (WLONG)
1660 weight of the U(SC-p) term.
1661
1662 \item{WELEC=number} (real) (1.0d0)
1663 weight of the U(p-p) (peptide-group peptide-group interaction) term.
1664
1665 \item{WEL\_LOC=number} (real) (1.0d0)
1666 weight of the $U_{el;loc}^3$ (local-electrostatic cooperativity, third-order) term.
1667
1668 \item{WCORRH=number} (real) (1.0d0)
1669 weight of the U(corr) (cooperativity of hydrogen-bonding interactions, fourth-order) term.
1670
1671 \item{WCORR5=number} (real) (0.0d0) --
1672 weight of the $U_{el;loc}^5$ (local-electrostatic cooperativity, 5th order
1673 contributions).
1674
1675 \item{WCORR6=number} (real) (0.0d0) --
1676 weight of the $U_{el;loc}^6$ (local-electrostatic cooperativity, 6th order
1677 contributions).
1678
1679 \item{WTURN3=number} (real) (1.0d0) --
1680 weight of the $U_{turn}^3$ (local-electrostatic cooperativity within 3 residue
1681 segment, 3rd order contribution).
1682
1683 \item{WTURN4=number} (real) (1.0d0) --
1684 weight of the $U_{turn}^4$ (local-electrostatic cooperativity within 4 residue
1685 segment, 4rd order contributions).
1686
1687 \item{WTURN6=number} (real) (1.0d0) --
1688 weight of the $U_{turn}^6$ (local-electrostatic cooperativity within 6 residue
1689 segment, 6rd order contributions).
1690
1691 \item{WTOR=number} (real) (1.0d0) --
1692 weight of the torsional term, $U_{tor}$.
1693
1694 \item{WANG=number} (real) (1.0d0) --
1695 weight of the virtual-bond angle bending term, $U_b$.
1696
1697 \item{WSCLOC=number} (real) (1.0d0) --
1698 weight of the side-chain rotamer term, $U_{SC}$.
1699
1700 \item{WSTRAIN=number} (real) (1.0d0) --
1701 scaling factor of the distance-constrain or disulfide-bond strain energy term.
1702
1703 \item{SCALSCP=number} (real) (1.0d0) --
1704 scaling factor of $U_{SCp}$; this is an alternative to specifying WSCP; in
1705 this case WSCP will be calculated as WLONG*SCALSCP.
1706
1707 \item{SCAL14=number} (real) (1.0d0) --
1708 scaling factor of the 1,4 SC-p interactions.
1709
1710 \item{CUTOFF} (7.0) -- cut-off on backbone-electrostatic interactions to compute 4-
1711 and higher-order correlations.
1712
1713 \item{DELT\_CORR} (0.5) - thickness of the distance range in which the energy is
1714 decreased to zero.
1715
1716 \end{description}
1717
1718 The defaults are NOT the recommended values. No ``working'' default values 
1719 have been set, because the force field is still under development. The values 
1720 corresponding to the force fields listed in section 4 are as follows:
1721
1722 CASP3:
1723 \begin{verbatim}
1724 WELEC=1.5 WSTRAIN=1.0 WTOR=0.08617 WANG=0.10384 WSCLOC=0.10384 WCORR=1.5       &
1725 WTURN3=0 WTURN4=0 WTURN6=0 WEL_LOC=0 WCORR5=0 WCORR6=0 SCAL14=0.40 SCALSCP=1.0 &
1726 CUTOFF=7.00000 WSCCOR=0.0
1727 \end{verbatim}
1728
1729 ALPHA:
1730 \begin{verbatim}
1731 WSC=1.00000 WSCP=0.72364 WELEC=1.10890 WANG=0.68702 WSCLOC=1.79888             &
1732 WTOR=0.30562 WCORRH=1.09616 WCORR5=0.17452 WCORR6=0.36878 WEL_LOC=0.19508      &
1733 WTURN3=0.00000 WTURN4=0.55588 WTURN6=0.11539 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.0000      &
1734 WTORD=0.0 WSCCOR=0.0
1735 \end{verbatim}
1736
1737 BETA:
1738 \begin{verbatim}
1739 WSC=1.00000 WSCP=1.10684 WELEC=0.70000 WANG=0.80775 WSCLOC=1.91939             &
1740 WTOR=3.36070 WCORRH=2.50000 WCORR5=0.99949 WCORR6=0.46247 WEL_LOC=2.50000      &
1741 WTURN3=1.80121 WTURN4=4.35377 WTURN6=0.10000 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000     &
1742 WSCCOR=0.0
1743 \end{verbatim}
1744
1745 ALPHABETA:
1746 \begin{verbatim}
1747 WSC=1.00000 WSCP=1.43178 WELEC=0.41501 WANG=0.37790 WSCLOC=0.12880             &
1748 WTOR=1.98784 WCORRH=2.50526 WCORR5=0.23873 WCORR6=0.76327 WEL_LOC=2.97687      &
1749 WTURN3=0.09261 WTURN4=0.79171 WTURN6=0.01074 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000     &
1750 WSCCOR=0.0
1751 \end{verbatim}
1752
1753 CASP5:
1754 \begin{verbatim}
1755 WSC=1.00000 WSCP=1.54864 WELEC=0.20016 WANG=1.00572 WSCLOC=0.06764             &
1756 WTOR=1.70537 WTORD=1.24442 WCORRH=0.91583 WCORR5=0.00607 WCORR6=0.02316        &
1757 WEL_LOC=1.51083 WTURN3=2.00764 WTURN4=0.05345 WTURN6=0.05282 WSCCOR=0.0        &
1758 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000 WSCCOR=0.0
1759 \end{verbatim}
1760
1761 3P:
1762 \begin{verbatim}
1763 WSC=1.00000 WSCP=2.85111 WELEC=0.36281 WANG=3.95152 WSCLOC=0.15244             &
1764 WTOR=3.00008 WTORD=2.89863 WCORRH=1.91423 WCORR5=0.00000 WCORR6=0.00000        &
1765 WEL_LOC=1.72128 WTURN3=2.99827 WTURN4=0.59174 WTURN6=0.00000                   &
1766 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000 WSCCOR=0.0
1767 \end{verbatim}
1768
1769 4P:
1770 \begin{verbatim}
1771 WSC=1.00000 WSCP=2.73684 WELEC=0.06833 WANG=4.15526 WSCLOC=0.16761             &
1772 WTOR=2.99546 WTORD=2.89720 WCORRH=1.98989 WCORR5=0.00000 WCORR6=0.00000        &
1773 WEL_LOC=1.60072 WTURN3=2.36351 WTURN4=1.34051 WTURN6=0.00000                   &
1774 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000 WSCCOR=0.0
1775 \end{verbatim}
1776
1777 GAB:
1778 \begin{verbatim}
1779 WLONG=1.35279 WSCP=1.59304 WELEC=0.71534 WBOND=1.00000 WANG=1.13873            &
1780 WSCLOC=0.16258 WTOR=1.98599 WTORD=1.57069 WCORRH=0.42887 WCORR5=0.00000        &
1781 WCORR6=0.00000 WEL_LOC=0.16036 WTURN3=1.68722 WTURN4=0.66230 WTURN6=0.00000    &
1782 WVDWPP=0.11371 WHPB=1.00000                                                    &
1783 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000
1784 \end{verbatim}
1785
1786 E0G:
1787 \begin{verbatim}
1788 WLONG=1.70905 WSCP=2.18310 WELEC=1.06684 WBOND=1.00000 WANG=1.17536            &
1789 WSCLOC=0.22070 WTOR=2.65798 WTORD=2.00646 WCORRH=0.23541 WCORR5=0.00000        &
1790 WCORR6=0.00000 WEL_LOC=0.42789 WTURN3=1.68126 WTURN4=0.75080 WTURN6=0.00000    &
1791 WVDWPP=0.27044 WHPB=1.00000 WSCP14=0.00000                                     &
1792 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000
1793 \end{verbatim}
1794
1795 1L2Y\_1LE1:
1796 \begin{verbatim}
1797 WLONG=1.00000 WSCP=1.23315 WELEC=0.84476 WBOND=1.00000 WANG=0.62954            &
1798 WSCLOC=0.10554 WTOR=1.84316 WTORD=1.26571 WCORRH=0.19212 WCORR5=0.00000        &
1799 WCORR6=0.00000 WEL_LOC=0.37357 WTURN3=1.40323 WTURN4=0.64673 WTURN6=0.00000    &
1800 WVDWPP=0.23173 WHPB=1.00000 WSCCOR=0.0                                         &
1801 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000
1802 \end{verbatim}
1803
1804 \subsubsection{Input and/or reference PDB file name}
1805 \label{sect:input:main:PDB}
1806
1807 (Text format; subroutine MOLREAD.)
1808
1809 If PDBSTART or PDBREF was specified in the control card, this line contains
1810 the PDB file name. Trailing slashes to specify the full path are permitted.
1811 The file name can contain up to 64 characters.
1812
1813 \subsubsection{Amino-acid sequence}
1814 \label{sect:input:main:sequence}
1815
1816 (Mixed format.)
1817
1818 This data appears, if PDBSTART was not specified, otherwise must not be present
1819 because the sequence would be taken from the PDB file. The first line contains
1820 the number of amino-acid residues, including the end groups (free format),
1821 the next lines contain the sequence in 20(1X,A3) format for the three-letter
1822 or 80A1 format for the one-letter code. There are two types of end-groups:
1823 Gly (three-letter code) or G (one-letter code), if an end group contains a full
1824 peptide bond (e.g., the acetyl N-terminal group or the carboxyamide C-terminal 
1825 group) and D (in the three-letter code) or X (in the one-letter code), if the 
1826 end group does not contain a peptide group (e.g., the NH2 N-terminal end group 
1827 or the COOH C-terminal end group). (Note the Gly or G also denotes the regular
1828 glycine residue, if found in the middle of a chain).
1829 In the second case the end group is considered as a ``dummy'' group and serves
1830 only to define the first (last) virtual-bond dihedral angle $\gamma$ for the
1831 first (last) full amino-acid residue.
1832
1833 Consider, for example, the Ac-Ala(19)-NHMe polypeptide. The three-letter code
1834 input will look like this:
1835
1836 \begin{verbatim}
1837 21
1838  Gly Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala
1839  Gly
1840 \end{verbatim}
1841
1842 And the one-letter code input will be:
1843
1844 \begin{verbatim}
1845 21
1846 GAAAAAAAAAAAAAAAAAAAG
1847 \end{verbatim}
1848
1849 If the sequence is changed to NH3(+)-Ala(19)-COO(-),  the inputs will look
1850 like this:
1851
1852 \begin{verbatim}
1853 21
1854  D   Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala
1855  D  
1856 \end{verbatim}
1857
1858 and
1859
1860 \begin{verbatim}
1861 21
1862 XAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX
1863 \end{verbatim}
1864
1865 The sequence input is case-insensitive, because the present version of UNRES 
1866 considers each amino-acid residue as an L-residue (there are no torsional 
1867 parameters for the combinations of the D- and L-residues yet). Furthermore,
1868 each peptide group is considered as a trans group.
1869
1870 If the version of UNRES has multi-chain capacity, placing a dummy residue
1871 inside the sequence indicates start of a new chain. For example, a system
1872 composed of two Ala(10) chains can be specified as follows (3-letter code):
1873
1874 \begin{verbatim}
1875 23
1876  D   Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala D   Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala
1877  Ala Ala D
1878 \end{verbatim}
1879
1880 or (1-letter code)
1881
1882 \begin{verbatim}
1883 23
1884 XAAAAAAAAAAXAAAAAAAAAAX
1885 \end{verbatim}
1886
1887 \subsubsection{Disulfide-bridge information}
1888 \label{sect:input:main:disulphide}
1889
1890 (Free format; subroutine READ\_BRIDGE.)
1891
1892 1st line:
1893
1894 NS,(ISS(i),i=1,NS)
1895
1896 \begin{description}
1897
1898 \item{NS} -- the number of half-cystines (required even if no half-cystines are present).
1899
1900 \item{ISS(i)} -- the position of ith half-cystine in the sequence (starting from the
1901 N-terminal end group)
1902
1903 \end{description}
1904
1905 Next line(s) (present only, if $ns>0$ and must not appear otherwise):
1906
1907 NSS,(IHPB(i),JHPB(i),i=1,NSS)
1908
1909 \begin{description}
1910
1911 \item{NSS} -- the number of disulfide bridges; must not be greater than NS/2.
1912
1913 \item{IHPB(i),JHPB(i)} -- the cystine residue forming the ith bridge.
1914
1915 \end{description}
1916
1917 The program will check, whether the residues specified in the ISS list 
1918 are cystines and terminate with error, if any of them is not. The program
1919 also checks, if the numbers from the IHPB and the JHPB lists have appeared
1920 in the ISS list.
1921
1922 \subsubsection{Dihedral-angle restraint data}
1923 \label{sect:input:main:dihedral-restraints}
1924
1925 (Free format; subroutine MOLREAD.)
1926
1927 This set of data specifies the harmonic constraints (if any) imposed on selected
1928 virtual-bond dihedral angles $\gamma$.
1929
1930 1st line:
1931
1932 \begin{description}
1933
1934 \item{NDIH\_CONSTR} -- the number of restrained $\gamma$ angles (required even if no
1935 restrains are applied).
1936
1937 \end{description}
1938
1939 2nd line (present only, if NDIH\_CONSTR$>$0; must not appear otherwise):
1940 FTORS - the force constant expressed in kcal/(mol*rad**2)
1941
1942 next NDIH\_CONSTR lines (present only, if NDIH\_CONSTR$>$0):
1943
1944 IDIH\_CONSTR(i),PHI0(i),DRANGE(i)
1945
1946 \begin{description}
1947
1948 \item{IDIH\_CONSTR(i)} -- the number of ith restrained $\gamma$ angle. The angles are 
1949 numbered after the LAST $\alpha$-carbons. Thus, the first ``real'' angle has number 
1950 4 and it corresponds to the rotation about the CA(2)-CA(3) virtual-bond axis
1951 and the last angle has the number NRES and corresponds to the rotation about
1952 the CA(NRES-2)-CA(NRES-1) virtual-bond axis. 
1953
1954 \item{PHI0(i)} -- the ``center'' of the restraint (expressed in degrees).
1955
1956 \item{DRANGE(i)} -- the ``flat well'' range of the restraint (in degrees).
1957
1958 \end{description}
1959
1960 The restraint energy for the ith restrained angle is expressed as:
1961
1962 \begin{displaymath}
1963 E_{dih} = \begin{cases}
1964 \rm FTORS\times(\gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}-PHI0(i)+DRANGE(i))^2&\mbox{if}\ \ \rm \gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}\\
1965                                                              &<PHI0(i)+DRANGE(i)\\
1966 \\
1967 0                            &\rm if\ \ PHI0(i)-DRANGE(i) \\
1968                              &\le \gamma_{IDIH\_CONSTR(i)} \\
1969                              &\le PHI0(i)+DRANGE(i)\\
1970 \\
1971 \rm FTORS\times(\gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}-PHI0(i)+DRANGE(i))^2&\mbox{if}\ \ \rm \gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}\\
1972                                                              &>PHI0(i)+DRANGE(i)
1973 \end{cases}
1974 \end{displaymath}
1975
1976 Applying dihedral-angle constraints also implies that for ith constrained
1977 $\gamma$ angle the sampling be carried out from the 
1978 [PHI0(i)-DRANGE(i)..PHI0(i)+DRANGE(i)] interval and not from the $[-\pi..\pi]$
1979 interval, if random conformations are generated. If only this and not 
1980 restrained minimization is required, just set FTORS to 0.
1981
1982 \subsubsection{Distance restraints}
1983 \label{sect:input:main:disance-restraints}
1984
1985 (Mixed format; subroutine READ\_DIST\_CONSTR.)
1986
1987 Restraints are imposed on C$^\alpha\cdots$C$^\alpha$ SC$\cdots$SC distances (C$^\beta\cdots$C$^\beta$.
1988
1989 \begin{description}
1990
1991 \item{NDIST=number} (integer) (0) -- number of restraints on specific distances.
1992
1993 \item{NFRAG=number} (integer) (0) -- number of distance-restrained protein segments.
1994
1995 \item{NPAIR=number} (integer) (0) -- number of distance-restrained pairs of segments.
1996  Specifying NPAIR requires specification of segments.
1997
1998 \item{IFRAG=start(1),end(1),start(2),end(2)...start(NFRAG),end(NFRAG)} (integers) --
1999 First and last residues of the distance restrained segments.
2000
2001 \item{WFRAG=w(1),w(2),...,w(NFRAG) (reals)} -- force constants or bases for force 
2002 constant calculation corresponding to fragment restraints.
2003
2004 \item{IPAIR=start(1),end(1),start(2),end(2),...,start(NPAIR),end(NPAIR)} (integers)
2005 -- numbers of segments (consecutive numbers of start or end pairs in IFRAG
2006 specification), the distances between which will be restrained.
2007
2008 \item{WPAIR=w(1),w(2),...,w(NFRAG)} (reals) -- force constants or bases for force
2009 constant calculation corresponding to pair restraints.
2010
2011 \item{DIST\_CUT=number} (real) (5.0) -- the cut-off distance in angstroms for force-
2012 constant calculations.
2013
2014 The force constants within fragments/between pairs of fragments are calculated
2015 depending on the value of DIST\_CONSTR described in section 5.1:
2016
2017 \begin{description}
2018
2019 \item{1} -- all force constants are equal to the respective entries of WFRAG/WPAIR
2020
2021 \item{2} -- the force constants are equal to the respective entries of WFRAG/WPAIR
2022     when the distance between the C$^\alpha$ atoms in the reference structure
2023     $\le$D\_CUT, 0 otherwise.
2024
2025 \item{3} -- the force constants are calculated from the formula:
2026
2027 \end{description}
2028
2029 \item{$k(C^\alpha_j,C^\alpha_k)=W\times\exp{-[d(C^\alpha_j,C^\alpha_k)/DIST\_CUT)]^2/2}$}
2030
2031 where $k(C^\alpha_j,C^\alpha_k)$ is the force constant between the respective C$^\alpha$ atoms,
2032 $d(C^\alpha_j,C^\alpha_k)$ is the distance between these C$^\alpha$ atoms in the reference
2033 structure, and W is the basis for force-constant calculation (see above).
2034
2035 \end{description}
2036
2037 The above restraints are harmonic resatraints of the form 
2038
2039 \begin{displaymath}
2040 E_{dis} = \sum_i k_i \left(d_i - d_i^{ref}\right)^2
2041 \end{displaymath}
2042
2043 where $d_i$ is the distance in the calculated structure and $d_i^{ref}$ is the respective
2044 distance in the reference (PDB) structure. The reference structure is required.
2045
2046 If NDIST$>$0, the restraints on specific distance are input explicitly (no reference structure is requires).
2047 The restraints are quartic restraints of a similar form as that in section 
2048 \ref{sect:input:main:dihedral-restraints} but with angles replaced with distances.
2049
2050 ihpb(i), jhpb(i), dhpb(i), dhpb1(i), ibecarb(i), forcon(i), i=1,NDIST
2051
2052 \begin{description}
2053
2054 \item{ihpb(i)} and jhpb(i) are the numbers of the residues the distance
2055 between the C$^\alpha$ atoms of which will be distance restrained, 
2056
2057 \item{dhpb(i)} and dhpb1(i) are the lower and upper distance-restraint, 
2058
2059 \item{ibecarc(i)} is the restraint-type flag;
2060 ibecarb(i)==0 indicates that the restraints are imposed on the 
2061 C$^\alpha\cdots$C$^\alpha$ distances; otherwise restraints on the 
2062 SC$\cdots$SC distances are imposed, 
2063
2064 \item{forcon(i)}
2065 is the respective force constant.
2066
2067 \end{description}
2068
2069 \subsubsection{Internal coordinates of the reference structure}
2070 \label{sect:input:main:internalref}
2071
2072 (Free format; subroutine READ\_ANGLES.)
2073
2074 This part of the data is present, if REFSTR, but not PDBREF was specified, 
2075 otherwise must not appear. It contains the following group of variables:
2076
2077 \begin{description}
2078 \item{(THETA(i),i=3,NRES)} -- the virtual-bond valence angles THETA.
2079 \item{(PHI(i),i=4,NRES)}   -- the virtual-bond dihedral angles GAMMA.
2080 \item{(ALPH(i),i=2,NRES-1)} -- the ALPHA polar angles of consecutive side chains.
2081 \item{(OMEG(i),i=2,NRES-1)} -- the BETA polar angles of consecutive side chains.
2082 \end{description}
2083
2084 ALPHA(i) and OMEG(i) correspond to the side chain attached to CA(i). THETA(i)
2085 is the CA(i-2)-CA(i-1)-CA(i) virtual-bond angle and PHI(i) is the
2086 CA(i-3)-CA(i-2)-CA(i-1)-CA(i) virtual-bond dihedral angle $\gamma$.
2087
2088 \subsubsection{Internal coordinates of the initial conformation}
2089 \label{sect:input:main:intcoord}
2090
2091 (Free format; subroutine READ\_ANGLES.)
2092
2093 This part of the data is present, if RAND\_CONF, MULTCONF, THREAD, or PDBSTART
2094 were not specified, otherwise must not appear. This input is as in section \ref{sect:support}.
2095
2096 \paragraph{File name with internal coordinates of the conformations to be processed}
2097 \label{sect:input:main:intcord:files}
2098
2099 (Text format; subroutine MOLREAD.)
2100
2101 This data is present only, if MULTCONF was specified. It contains the name of
2102 the file with the internal coordinates. Up to 64 characters are allowed.
2103 The structure of the file is that of the *.int file produced by UNRES/CSA.
2104 See section ``The structure of the INT files'' for details.
2105
2106 \subsubsection{Control data for energy map construction}
2107 \label{sect:input:main:map}
2108
2109 (Data list format; subroutine MAP\_READ.)
2110
2111 These data lists appear, if NMAP=n was specified, where n is the number of
2112 variables that will be grid-searched. One list is per one variable or a
2113 group of variables set equal (see below):
2114
2115 \begin{description}
2116 \item{PHI} -- the variable is a virtual-bond dihedral angle $\gamma$.
2117 \item{THE} -- the variable is a virtual-bond angle $\theta$.
2118 \item{ALP} -- the variable is a side-chain polar angle $\alpha$.
2119 \item{OME} -- the variable is a side-chain polar angle $\beta$.
2120 \end{description}
2121
2122 \begin{description}
2123 \item{RES1=number} (integer)
2124 \item{RES2=number} (integer)
2125 \end{description}
2126
2127 The range of residues for which the values will be set; all these variables
2128 will be set at the same value. It is required that RES2$>$RES1.
2129
2130 \begin{description}
2131 \item{FROM=angle} (real)
2132 \item{TO=angle} (real)
2133 \end{description}
2134
2135 Lower and upper limit of scanning in grid search (in degrees)
2136
2137 \begin{description}
2138 \item{NSTEP=number} (integer)
2139 \end{description}
2140
2141 Number of steps in scanning along this variable/group of variables.
2142
2143 \subsection{Input coordinate files}
2144 \label{sect:input:coordfiles}
2145
2146 (Text format; subroutine MOLREAD.)
2147
2148 At present, geometry can be input either from the external files in the PDB 
2149 format (with the PDBSTART option) or multiple conformations can be read
2150 as virtual-bond-valence and virtual-bond dihedral angles when the MULTCONF
2151 option is used (the latter, however, implies using standard virtual-bond
2152 lengths as initial values). The structure of internal-coordinate files
2153 is the same as that of output internal-coordinate files described in section
2154 9.1.1.
2155
2156 \subsection{Other input files}
2157 \label{sect:input:otherfiles}
2158
2159 CSA parameters can optionally be read in free format from file INPUT.CSA.in
2160 (see section 8.1.4). When a CSA run is restarted, the CSA-specific output files 
2161 also serve as input files. INPUT is the prefix of input and output files
2162 as explained in section \ref{sect:command}.
2163
2164 Restart files for MD and REMD simulations. They are read when the keyword 
2165 RESTART appears on the MD/REMD data group (section \ref{sect:input:main:MD}).
2166
2167 \newpage
2168
2169 \section{OUTPUT FILES}
2170 \label{sect:output}
2171
2172 UNRES ``main'' output files (INPUT.out\_\$\{POT\}[processor]) are log files from
2173 a run. They contain the information of the molecule, force field, calculation
2174 type, control parameters, etc.; however, not the structures produced during
2175 the run or their energies except single-point energy evaluation and 
2176 minimization-related runs. The structural information is included in 
2177 coordinate files (*.int, *.x, *.pdb, *.mol2, *.cx) and statistics files (*.stat), 
2178 respectively; these files are further processed by other programs (WHAM, 
2179 CLUSTER) or can be viewed by molecular viewers (pdb or mol2 files).
2180
2181 \subsection{Coordinate files}
2182 \label{sect:output:coord}
2183
2184 \subsubsection{The internal coordinate (INT) file}
2185 \label{sect:output:coord:int}
2186     
2187 This file contains the internal coordinates of the conformations produced 
2188 by UNRES in non-MD runs. The virtual-bond lengths are assumed constant so
2189 only the angular variables are provided.
2190
2191 IT,ENER,NSS,(IHPB(I),JHPB(I),I=1,NSS)\\
2192 (I5,F12.5,I2,9(1X,2I3))
2193
2194 \begin{description}
2195 \item{IT} -- the number of the conformation.
2196 \item{ENER} -- total energy.
2197 \item{NSS} -- the number of disulfide bridges.
2198 \item{(IHPB(I),JHPB(I),I=1,NSS)} -- the positions of the pairs of half-cystines .
2199 forming the bridges. If NSS$>9$9, the remaining pairs are written in the 
2200 following lines in the (3X,11(1X,2I3)) format.
2201 \end{description}
2202
2203 (THETA(I),I=3,NRES)\\
2204 (8F10.4)
2205
2206 The virtual-bond angles THETA (in degrees)
2207
2208 (PHI(I),I=4,NRES)\\
2209 (8F10.4)
2210
2211 The virtual-bond dihedral angles GAMMA (in degrees)
2212
2213 (ALPH(I),I=2,NRES-1)\\
2214 (OMEG(I),I=2,NRES-1)\\
2215 (8F10.4)
2216
2217 The polar angles ALPHA and BETA of the side-chain centers (in degrees).
2218
2219 \subsubsection{The plain Cartesian coordinate (X) files} 
2220 \label{sect:output:coord:cart}
2221
2222 (Subroutine CARTOUT.)
2223
2224 This file contains the Cartesian coordinates of the $\alpha$-carbon and
2225 side-chain-center coordinates. All conformations from an MD/MREMD
2226 trajectory are collated to a single file. The structure of each
2227 conformation's record is as follows:
2228
2229 1st line: time, potE, uconst, t\_bath,nss, (ihpb(j), jhpb(j), j=1,nss),
2230 nrestr, (qfrag(i), i=1,nfrag), (qpair(i), i=1,npair),
2231 (utheta(i), ugamma(i), uscdiff(i), i=1,nfrag\_back)
2232
2233 \begin{description}
2234 \item{time:} MD time (in ``molecular time units'' 1 mtu = 4.89 fs),
2235 \item{potE:} potential energy,
2236 \item{uconst:} restraint energy corresponding to restraints on Q and backbone geometry,
2237 (see section \ref{sect:input:main:MD}),
2238 \item{t\_bath:} thermostat temperature,
2239 \item{nss:} number of disulfide bonds,
2240 \item{ihpb(j), jhpb(j):} the numbers of linked cystines for jth disulfide bond,
2241 \item{nrestr:} number of restraints on q and local geometry,
2242 \item{qfrag(i):} q value for ith fragment,
2243 \item{qpair(i):} q value for ith pair,
2244 \item{utheta(i):} sum of squares of the differences between the theta angles 
2245    of the current conformation from those of the experimental conformation,
2246 \item{ugamma(i):} sum of squares of the differences beaten the gamma angles 
2247    of the current conformation from those of the experimental conformation,
2248 \item{uscdiff(i):} sum of squares of the differences between the Cartesian difference
2249    of the unit vector of the C$^\alpha$-SC axis of the current conformation from 
2250    those of the experimental conformation.
2251 \end{description}
2252
2253 Next lines: Cartesian coordinates of the C$^\alpha$ atoms (including dummy atoms)
2254 (sequentially, 10 coordinates per line)
2255 Next lines: Cartesian coordinates of the SC atoms (including glycines and
2256 dummy atoms) (sequentially, 10 coordinates per line)
2257
2258 \subsubsection{The compressed Cartesian coordinate (CX) files}
2259 \label{sect:output:coord:cx}
2260
2261 These files are compressed binary files (extension cx). For each conformation, 
2262 the items are written in the same order as specified in section \ref{sect:output:coord:cx}. For 
2263 MREMD runs, if TRAJ1FILE is specified on MREMD record (see section \ref{sect:input:main:MD}),
2264 snapshots from all trajectories are written every time the coordinates
2265 are dumped. Thus, the file contains snapshot 1 from trajectory 1, ...,
2266 snapshot 1 from trajectory M, snapshot 2 from trajectory 1, ..., etc.
2267
2268 The compressed cx files can be converted to pdb file by using the xdrf2pdb
2269 auxiliary program (single trajectory files) or xdrf2pdb-m program (multiple
2270 trajectory files from MREMD runs generated by using the TRAJ1FILE option).
2271 The multiple-trajectory cx files are also input files for the auxiliary
2272 WHAM program.
2273
2274 \subsubsection{The Brookhaven Protein Data Bank format (PDB) files}
2275 \label{sect:output:coord:PDB}
2276
2277 (Subroutine PDBOUT.)
2278
2279 \sloppy
2280 These files are written in PDB standard (see. e.g., 
2281 \href{ftp://ftp.wwpdb.org/pub/pdb/doc/format_descriptions/Format_v33_Letter.pdf}{\textcolor{blue}{ftp://ftp.wwpdb.org/pub/pdb\-/doc/\-format\_descriptions}}). %\-/Format\_v33\_Letter.pdf}.
2282 The REMARK, ATOM, SSBOND, HELIX, SHEET, CONECT, TER, and ENDMDL are used.
2283 The C$^\alpha$ (marked CA) and SC (marked CB) coordinates are output. The CONECT
2284 records specify the C$^\alpha\cdots$C$^\alpha$ and C$^\alpha\cdots$SC virtual bonds. Secondary
2285 structure is detected based on peptide-group contacts, as specified in 
2286 ref 12. Dummy residues are omitted from the output. If the program has
2287 multiple-chain function, the presence of a dummy residue in a sequence 
2288 starts a new chain, which is assigned the next alphabet letter as ID, and
2289 residue numbering is started over.
2290
2291 \subsubsection{The SYBYLL (MOL2) files}
2292 \label{sect:output:coord:subyll}
2293
2294 See the description of mol2 format (e.g., 
2295 \href{http://tripos.com/data/support/mol2.pdf}{http://tripos.com/data/support/mol2.pdf}. 
2296 Similar remarks apply as for
2297 the PDB format (section \ref{sect:output:coord:PDB}). 
2298
2299 \subsection{The summary (STAT) file}
2300
2301 \subsubsection{Non-MD runs}
2302
2303 This file contains a short summary of the quantities characterizing the
2304 conformations produced by UNRES/CSA. It is created for MULTCONF and MCM.
2305
2306 NOUT,EVDW,EVDW2,EVDW1+EES,ECORR,EBE,ESCLOC,ETORS,ETOT,RMS,FRAC\\
2307 (I5,9(1PE14.5))
2308
2309 \begin{description}
2310 \item{NOUT} -- the number of the conformations
2311 \item{EVDW,EVDW2,EVDW1+EES,ECORR,EBE,ESCLOC,ETORS} -- energy components
2312 \item{ETOT} -- total energy
2313 \item{RMS} -- RMS deviation from the reference structure (if REFSTR was specified)
2314 \item{FRAC} -- fraction of side chain - side chain contacts of the reference 
2315        structure present in this conformation (if REFSTR was specified)
2316 \end{description}
2317
2318 \subsubsection{MD and MREMD runs}
2319 \label{sect:output:coord:MD}
2320
2321 Each line of the stat file generated by MD/MREMD runs contains the following
2322 items in sequence:
2323
2324 \begin{description}
2325 \item{step}   -- the number of the MD step 
2326 \item{time}   -- time [unit is MTU (molecular time unit) equal to 48.9 fs]        
2327 \item{Ekin}   -- kinetic energy [kcal/mol]        
2328 \item{Epot}   -- potential energy [kcal/mol]
2329 \item{Etot}   -- total energy (Ekin+Epot)
2330 \item{H-H0}   -- the difference between the cureent and initial extended Hamiltionian
2331          in Nose-Hoover or Nose-Poincare runs; not present for other thermostats.
2332 \item{RMSD}   -- root mean square deviation from the reference structure (only in 
2333          REFSTR has been specified)
2334 item{damax}  -- maximum change of acceleration between two MD steps
2335 \item{fracn}  -- fraction of native side-chain concacts (very crude, based on 
2336          SC-SC distance only)
2337 \item{fracnn} -- fraction of non-native side-chain contacts
2338 \item{co}     -- contact order
2339 \item{temp}   -- actual temperature [K]    
2340 \item{T0}     -- initial (microcanonical runs) or thermostat (other run types) 
2341          temperature [K] 
2342 \item{Rgyr}   -- radius of gyration based on C$^\alpha$ coordinates [A]   
2343 \item{proc}   -- in MREMD runs the number of the processor (the number of the 
2344          trajectory less 1); not present for other runs. 
2345 \end{description}
2346
2347 For an USAMPL run, the following items follow the above list:
2348
2349 \begin{description}
2350 \item{iset}   -- the number of the restraint set
2351 \item{uconst} -- restraint energy pertaining to q-values 
2352 \item{uconst\_back} -- restraint energy pertaining to virtual-backbone restraints
2353 \item{(qfrag(i),i=1,nfrag)} -- q values of the specified fragments
2354 \item{(qpair(ii2),ii2=1,npair)} -- q values of the specified pairs of fragments
2355 \item{(utheta(i),ugamma(i),uscdiff(i),i=1,nfrag\_back)} -- virtual-backbone and
2356       side-chain-rotamer restraint energies of the fragments specified
2357 \end{description}
2358
2359 If PRINT\_COMPON has been specified, the energy components are printed
2360 after the items described above.
2361
2362 \subsection{CSA-specific output files}
2363 \label{sect:output:coord:CSA}
2364
2365 There are several output files from the CSA routine:
2366 INPUT.CSA.seed, INPUT.CSA.history, INPUT.CSA.bank, INPUT.CSA.bank1, 
2367 INPUT.CSA.rbank INPUT.CSA.alpha, INPUT.CSA.alpha1.
2368
2369 The most informative outfile is INPUT.CSA.history. This file first write down 
2370 the parameters in INPUT.CSA.csa file. Later it shows the energies of random 
2371 minimized conformations in its generation. After sorting the First\_bank
2372 in energy (ascending order), the energies of the First\_bank is re-written here.
2373 After this the output looks like:
2374
2375 \begin{verbatim}
2376    1   0     100  6048.2   1 100-224.124-114.346    202607  100  100
2377    1   0     700  5882.6   2  29-235.019-203.556   1130308  100  100
2378    1   0    1300  5721.5   2  18-242.245-212.138   2028008  100  100
2379    1   0    1900  5564.8  13  54-245.185-218.087   2897988   98  100
2380    1   0    2500  5412.4  13  61-246.214-222.068   3706478   97  100
2381    1   0    3100  5264.2  13  89-248.715-224.939   4514196   96  100
2382 \end{verbatim}
2383
2384 Each line is written between each iteration (just after selection
2385 of seed conformations) containing following data:
2386 jlee,icycle,nstep,cutdif,ibmin,ibmax,ebmin,ebmax,nft,iuse,nbank
2387 ibmin and ibmax lists the index of bank conformations corresponding to the
2388 lowest and highest energies with ebmin and ebmax.
2389 nft is the total number of function evaluations so far.
2390 iuse is the total number of conformations which have not been used as seeds
2391 prior to calling subroutine select\_is which select seeds.
2392
2393 Therefore, in the example shown above, one notes that so far 3100 
2394 minimizations has been performed corresponding to the total of  4514196
2395 function evaluations. The lowest and highest energy in the Bank is 
2396 -248.715 (\#13) and -224.939 (\#89), respectively. The number of conformations
2397 already used as seeds (not including those selected as seeds in this iteration)
2398 so far is 4 (100-96).
2399
2400 The files INPUT.CSA.bank and INPUT.CSA.rbank contains data of Bank and
2401 First\_bank. For more information on these look subroutines  write\_bank
2402 and write\_rbank. The file INPUT.CSA.bank is overwritten between each
2403 iteration whereas Bank is accumulated in INPUT.CSA.bank1 (not for every
2404 iteration but as specified in the subroutine together.f).
2405
2406 The file INPUT.CSA.seed lists the index of the seed conformations with their
2407 energies. Files INPUT.CSA.alpha, INPUT.CSA.alpha1 are written only once
2408 at the beginning of the CSA run. These files contain some arrays used
2409 in CSA procedure.
2410
2411 \newpage
2412
2413 \section{TECHNICAL SUPPORT CONTACT INFORMATION}
2414 \label{sect:support}
2415
2416    Dr. Adam Liwo\\
2417    Faculty of Chemistry, University of Gdansk\\
2418    ul. Sobieskiego 18, 80-952 Gdansk Poland.\\
2419    phone: +48 58 523 5430\\
2420    fax: +48 58 523 5472\\
2421    e-mail: \href{mailto:adam@chem.univ.gda.pl}{adam@chem.univ.gda.pl}\\
2422
2423    Dr. Cezary Czaplewski\\
2424    Faculty of Chemistry, University of Gdansk\\
2425    ul. Sobieskiego 18, 80-952 Gdansk Poland.\\
2426    phone: +48 58 523 5430\\
2427    fax: +48 58 523 5472\\
2428    e-mail: \href{mailto:czarek@chem.univ.gda.pl}{czarek@chem.univ.gda.pl}\\
2429
2430    Dr. Stanislaw Oldziej\\
2431    Intercollegiate Faculty of Biotechnology\\
2432    University of Gdansk, Medical University of Gdansk\\
2433    ul. Kladki 22, 80-922 Gdansk, Poland\\
2434    phone: +48 58 523 5361\\
2435    fax: +48 58 523 5472\\
2436    e-mail: \href{mailto:stan@biotech.ug.gda.pl}{stan@biotech.ug.gda.pl}\\
2437
2438    Dr. Jooyoung Lee\\
2439    Korea Institute for Advanced Study\\
2440    207-43 Cheongnyangni 2-dong, Dongdaemun-gu,\\
2441    Seoul 130-722, Korea\\
2442    phone: +82-2-958-3890\\
2443    fax: +82-2-958-3731\\
2444    email: \href={mailto:jlee@kias.re.kr}{jlee@kias.re.kr}
2445
2446 \small{
2447         Prepared by Adam Liwo and Jooyoung Lee, 7/17/99\\
2448         Revised by Cezary Czaplewski 1/4/01\\
2449         Revised by Cezary Czaplewski and Adam Liwo 8/26/03\\
2450         Revised by Cezary Czaplewski and Adam Liwo 11/26/11\\
2451         Revised by Adam Liwo 02/19/12\\
2452         LaTeX version by Adam Liwo 09/25/12
2453 }
2454 \end{document}