caaa183508d7078043ac3879e5773993fa205940
[unres.git] / doc / 3.2.1 / 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{Laboratory 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 14853-1301, 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 Pawel Krupa (Univ. of Gdansk, Poland)
122 Rajmund Kazmierkiewicz (Univ. of Gdansk, Poland)
123 Jooyoung Lee (Korea Institute for Advanced Studies, Korea)
124 Adam Liwo (Univ. of Gdansk, Poland)
125 Mariusz Makowski (Univ. of Gdansk, Poland)
126 Magdalena Mozolewska (Univ. of Gdansk, Poland)
127 Marian Nanias (formerly Cornell Univ., USA)
128 Stanislaw Oldziej (Univ. of Gdansk, Poland)
129 Jaroslaw Pillardy (Cornell Univ., USA)
130 Shelly Rackovsky (Mout Sinai School of Medicine, USA)
131 Daniel Ripoll (formerly Cornell Univ., USA)
132 Jeff Saunders (Schrodinger Inc., USA)
133 Harold A. Scheraga (Cornell Univ., USA)
134 Hujun Shen (Dalian Institute of Chemical Physics, P.R. China)
135 Adam Sieradzan (Univ. of Gdansk, Poland)
136 Ryszard Wawak (formerly Cornell Univ., USA)
137 Tomasz Wirecki (Univ. of Gdansk, Poland)
138 Marta Wisniewska (Univ. of Gdansk, Poland)
139 Yanping Yin (Cornell Univ., USA)
140 Bartlomiej Zaborowski (Univ. of Gdansk, Poland)
141 }
142
143 \newpage
144
145 \section{GENERAL INFORMATION}
146 \label{sect:geninfo}
147
148 \subsection{Purpose}
149 \label{sect:geninfo:purpose}
150
151 Run coarse-grained calculations of polypeptide chains with the UNRES force field.
152 There are two versions of the package which should be kept separate because of 
153 non-overlapping functions: version which runs global optimization (Conformational
154 Space Annealing, CSA) and version that runs coarse-grained molecular dynamics and
155 its extension. Because the installation, input file preparation and running CSA 
156 and MD versions are similar, a common manual is provided. Items specific
157 for the CSA and MD version are marked ``CSA'' and ``MD'', respectively.
158
159 MD version can be used to run multiple-chain proteins (however, that version of
160 the code is a new release and might fail if yet un-checked functions are used). 
161 The multi-chain CSA version for this purpose is another package (written largely in 
162 C++).
163
164 \subsection{Functions of the program}
165 \label{sect:geninfo:functions}
166
167 \begin{enumerate}
168
169 \item
170         Perform energy evaluation of a single or multiple conformations (serial and parallel) (CSA and MD).
171
172 \item
173         Run canonical mesoscopic molecular dynamics (serial and parallel) (MD).
174
175 \item
176         Run replica exchange (REMD) and multiplexing replica exchange (MREMD) dynamics (parallel only) (MD).
177
178 \item
179         Run multicanonical molecular dynamics (parallel only) (MD).
180
181 \item
182         Run energy minimization (serial and parallel) (CSA and MD).
183
184 \item
185         Run conformational space annealing (CSA search) (parallel only) (CSA).
186
187 \item
188         Run Monte Carlo plus Minimization (MCM) (parallel only) (CSA).
189
190 \item
191         Run conformational family Monte Carlo (CFMC) calculations (CSA).
192
193 \item
194         Thread the sequence against a database from the PDB and minimize energy of each structure (CSA).
195
196 \end{enumerate}
197
198 Energy and force evaluation is parallelized in MD version.
199
200
201 \subsection{Companion programs}
202 \label{sect:geninfo:companion}
203
204 The structures produced by UNRES can be used as inputs to the following programs provided
205 with this package or separately:
206
207 \begin{description}
208
209 \item{xdrf2pdb}   -- converts the compressed coordinate files from MD (but not MREMD)runs into 
210              PDB format.
211
212 \item{xdrf2pdb-m} -- same for MREMD runs (multiple trajectory capacity).
213
214 \item{xdrf2x}     -- converts the plain Cartesian coordinate files into PDB format.
215
216 \item{WHAM}       -- processes the coordinate files from MREMD runs and computes temperature profiles
217              of ensemble averages and computes the probabilities of conformations at selected
218              temperatures; also prepares data for CLUSTER and ZSCORE.
219
220 \item{CLUSTER}    -- does the cluster analysis of the conformations; for MREMD runs takes the 
221              coordinate files from WHAM which contain information to compute probabilities
222              of conformations at any temperature. 
223
224 \item{PHOENIX}    -- conversion of UNRES conformations to all-atom conformations.
225
226 \item{ZSCORE}     -- force field optimization (for developers).
227
228 \end{description}
229
230 Please consult the manuals of the corresponding packages for details. Note that not
231 all of these packages are released yet; they will be released depending on their 
232 readiness for distribution. Contact Adam Liwo, Cezary Czaplewski or Stanislaw Oldziej
233 for developmental versions of these programs.
234
235 \subsection{Programming language}
236 \label{sect:geninfo:language}
237
238 This version of UNRES is written almost exclusively in Fortran 77; some subroutines
239 for data management are in ansi-C. The package was parallelized with MPI.
240
241 \newpage
242
243 \subsection{References}
244 \label{sect:geninfo:references}
245
246 Citing the following references in your work that makes use of UNRES is gratefully
247 acknowledged:
248
249 \begingroup
250 \renewcommand{\section}[2]{}%
251 \begin{thebibliography}{10}
252
253 \bibitem{liwo_1997}
254     A. Liwo, S. Oldziej, M.R. Pincus, R.J. Wawak, S. Rackovsky, H.A. Scheraga.
255     A united-residue force field for off-lattice protein-structure simulations.
256     I: Functional forms and parameters of long-range side-chain interaction potentials 
257     from protein crystal data.  {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 1997}, 18, 849-873.
258
259 \bibitem{liwo_1997_02}
260     A. Liwo, M.R. Pincus, R.J. Wawak, S. Rackovsky, S. Oldziej, H.A. Scheraga.
261     A united-residue force field for off-lattice protein-structure simulations.
262     II: Parameterization of local interactions and determination
263     of the weights of energy terms by Z-score optimization.
264     {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 1997}, 18, 874-887.
265
266 \bibitem{liwo_1997_03}
267 A. Liwo, S. O{\l}dziej, R. Ka\'zmierkiewicz, M. Groth, C. Czaplewski.
268 Design of a knowledge-based force field for off-lattice simulations of protein
269 structure.
270 {\it Acta Biochim. Pol.}, {\bf 1997}, 44, 527-548.
271
272
273 \bibitem{liwo_1998}
274     A. Liwo, R. Kazmierkiewicz, C. Czaplewski, M. Groth, S. Oldziej, R.J. Wawak, 
275     S. Rackovsky, M.R. Pincus, H.A. Scheraga.
276     United-residue force field for off-lattice protein-structure simulations. 
277     III. Origin of backbone hydrogen-bonding cooperativity in united-residue potentials.
278     {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 1998}, 19, 259-276.
279
280 \bibitem{liwo_2001}
281     A. Liwo, C. Czaplewski, J. Pillardy, H.A. Scheraga.
282     Cumulant-based expressions for the multibody terms for the correlation between
283     local and electrostatic interactions in the united-residue force field.
284     {\it J. Chem. Phys.}, {\bf 2001}, 115, 2323-2347.
285
286 \bibitem{lee_2001}
287     J. Lee, D.R. Ripoll, C. Czaplewski, J. Pillardy,  W.J. Wedemeyer,  H.A. Scheraga, 
288     Optimization of parameters in macromolecular potential energy functions by 
289     conformational space annealing. {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2001}, 105, 7291-7298
290
291 \bibitem{pillardy_2001}
292     J. Pillardy,  C. Czaplewski, A. Liwo, W.J. Wedemeyer, J. Lee, D.R. Ripoll, 
293     P. Arlukowicz, S. Oldziej, Y.A. Arnautova,  H.A. Scheraga, 
294     Development of physics-based energy functions that predict medium-resolution 
295     structures for proteins of the $\alpha, \beta$, and $\alpha/\beta$  structural classes. 
296     {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2001}, 105, 7299-7311
297
298 \bibitem{liwo_2002}
299     A. Liwo, P. Arlukowicz, C. Czaplewski, S. Oldziej, J. Pillardy, H.A. Scheraga.
300     A method for optimizing potential-energy functions by a hierarchical design
301     of the potential-energy landscape: Application to the UNRES force field.
302     {\it Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.}, {\bf 2002}, 99, 1937-1942.
303
304 \bibitem{saunders_2003}
305     J. A. Saunders and H.A. Scheraga.
306     Ab initio structure prediction of two $\alpha$-helical oligomers
307     with a multiple-chain united-residue force field and global search.
308     {\it Biopolymers}, {\bf 2003}, 68, 300-317.
309
310 \bibitem{saunders_2003_02}
311     J.A. Saunders and H.A. Scheraga.
312     Challenges in structure prediction of oligomeric proteins at the united-residue
313     level: searching the multiple-chain energy landscape with CSA and CFMC procedures.
314     {\it Biopolymers}, {\bf 2003}, 68, 318-332.
315
316 \bibitem{oldziej_2003}
317      S. Oldziej, U. Kozlowska, A. Liwo, H.A. Scheraga.
318      Determination of the potentials of mean force for rotation about C$^\alpha$-C$^\alpha$
319      virtual bonds in polypeptides from the ab initio energy surfaces of terminally 
320      blocked glycine, alanine, and proline. {\it J. Phys. Chem. A}, {\bf 2003}, 107, 8035-8046.
321
322 \bibitem{liwo_2004}
323      A. Liwo, S. Oldziej, C. Czaplewski, U. Kozlowska, H.A. Scheraga.
324      Parameterization of backbone-electrostatic and multibody contributions
325      to the UNRES force field for protein-structure prediction from ab initio
326      energy surfaces of model systems. {\it J. Phys. A}, {\bf 2004}, 108, 9421-9438.
327
328 \bibitem{oldziej_2004}
329      S. Oldziej, A. Liwo, C. Czaplewski, J. Pillardy, H.A. Scheraga.
330      Optimization of the UNRES force field by hierarchical design of the
331      potential-energy landscape. 2. Off-lattice tests of the method with single
332      proteins.  {\it J. Phys. Chem. B.}, {\bf 2004}, 108, 16934-16949.
333
334 \bibitem{oldziej_2004_02}
335      S. Oldziej, J. Lagiewka, A. Liwo, C. Czaplewski, M. Chinchio,
336      M. Nanias, H.A. Scheraga.
337      Optimization of the UNRES force field by hierarchical design of the
338      potential-energy landscape. 3. Use of many proteins in optimization.
339      {\it J. Phys. Chem. B.}, {\bf 2004}, 108, 16950-16959.
340
341 \bibitem{oldziej_2004_03}
342      M. Khalili, A. Liwo, F. Rakowski, P. Grochowski, H.A. Scheraga.
343      Molecular dynamics with the united-residue model of polypeptide chains.
344      I. Lagrange equations of motion and tests of numerical stability in the
345      microcanonical mode, {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2005}, 109, 13785-13797.
346
347 \bibitem{khalili_2005}
348      M. Khalili, A. Liwo, A. Jagielska, H.A. Scheraga.
349      Molecular dynamics with the united-residue model of polypeptide chains.
350      II. Langevin and Berendsen-bath dynamics and tests on model $\alpha$-helical
351      systems. {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2005}, 109, 13798-13810.
352
353 \bibitem{khalili_2005_02}
354      A. Liwo, M. Khalili, H.A. Scheraga.
355      Ab initio simulations of protein-folding pathways by molecular dynamics with
356      the united-residue model of polypeptide chains.
357      {\it Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.}, {\bf 2005}, 102, 2362-2367.
358
359 \bibitem{rakowski_2006}
360      F. Rakowski, P. Grochowski, B. Lesyng, A. Liwo, H. A. Scheraga.
361      Implementation of a symplectic multiple-time-step molecular dynamics algorithm,
362      based on the united-residue mesoscopic potential energy function.
363      {\it J. Chem. Phys.}, {\bf 2006}, 125, 204107.
364
365 \bibitem{nanias_2006}
366      M. Nanias, C. Czaplewski, H.A. Scheraga.
367      Replica exchange and multicanonical algorithms with the coarse-grained
368      united-residue (UNRES) force field.
369      {\it J. Chem. Theory and Comput.}, {\bf 2006}, 2, 513-528.
370
371 \bibitem{liwo_2007}
372      A. Liwo, M. Khalili, C. Czaplewski, S. Kalinowski, S. Oldziej, K. Wachucik, H.A. Scheraga.
373      Modification and optimization of the united-residue (UNRES) potential energy
374      function for canonical simulations. I. Temperature dependence of the effective
375      energy function and tests of the optimization method with single training
376      proteins.
377      {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2007}, 111, 260-285.
378
379 \bibitem{kozlowska_2007}
380      U. Kozlowska, A. Liwo, H.A. Scheraga.
381      Determination of virtual-bond-angle potentials of mean force for coarse-grained
382      simulations of protein structure and folding from ab initio energy surfaces of
383      terminally-blocked glycine, alanine, and proline.
384      {\it J. Phys.: Condens. Matter}, {\bf 2007}, 19, 285203.
385
386 \bibitem{chichio_2007}
387      M. Chinchio, C. Czaplewski, A. Liwo, S. Oldziej, H.A. Scheraga.
388      Dynamic formation and breaking of disulfide bonds in molecular dynamics
389      simulations with the UNRES force field.
390      {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2007}, 3, 1236-1248.
391
392 \bibitem{rojas_2007}
393      A.V. Rojas, A. Liwo, H.A. Scheraga.
394      Molecular dynamics with the united-residue force field: Ab Initio folding
395      simulations of multichain proteins.
396      {\it J. Phys. Chem. B}, {\bf 2007}, 111, 293-309.
397
398 \bibitem{liwo_2008}
399      A. Liwo, C. Czaplewski, S. Oldziej, A.V. Rojas, R. Kazmierkiewicz,
400      M. Makowski, R.K. Murarka, H.A. Scheraga.
401      Simulation of protein structure and dynamics with the coarse-grained UNRES
402      force field. In: Coarse-Graining of Condensed Phase and Biomolecular
403      Systems., ed. G. Voth, Taylor \& Francis, 2008, Chapter 8, pp. 107-122.
404
405 \bibitem{czaplewski_2009}
406      C. Czaplewski, S. Kalinowski, A. Liwo, H.A. Scheraga.
407      Application of multiplexed replica exchange molecular dynamics
408      to the UNRES force field: tests with $\alpha$ and $\alpha+\beta$ proteins.
409      {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2009}, 5, 627-640.
410
411 \bibitem{he_2009}
412      Y. He, Y. Xiao, A. Liwo, H.A. Scheraga.
413      Exploring the parameter space of the coarse-grained UNRES force field by random 
414      search: selecting a transferable medium-resolution force field.
415      {\it J. Comput.  Chem.}, {\bf 2009}, 30, 2127-2135.
416  
417 \bibitem{kozlowska_2010}
418      U. Kozlowska, A. Liwo. H.A. Scheraga.
419      Determination of side-chain-rotamer and side-chain and backbone
420      virtual-bond-stretching potentials of mean force from AM1 energy surfaces of
421      terminally-blocked amino-acid residues, for coarse-grained simulations of
422      protein structure and folding. 1. The Method.
423      {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 2010}, 31, 1143-1153.
424
425 \bibitem{kozlowska_2010_02}
426      U. Kozlowska, G.G. Maisuradze, A. Liwo, H.A. Scheraga.
427      Determination of side-chain-rotamer and side-chain and backbone
428      virtual-bond-stretching potentials of mean force from AM1 energy surfaces of
429      terminally-blocked amino-acid residues, for coarse-grained simulations of
430      protein structure and folding. 2. Results, comparison with statistical
431      potentials, and implementation in the UNRES force field.
432      {\it J. Comput. Chem.}, {\bf 2010}, 31, 1154-1167.
433
434 \bibitem{liwo_2010}
435      A. Liwo, S. Oldziej, C. Czaplewski, D.S. Kleinerman, P. Blood, H.A. Scheraga.
436      Implementation of molecular dynamics and its extensions with the coarse-grained 
437      UNRES force field on massively parallel systems; towards millisecond-scale 
438      simulations of protein structure, dynamics, and thermodynamics.
439      {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2010}, 6, 890-909.
440
441 \bibitem{sieradzan_2012}
442 A.K. Sieradzan, U.H.E. Hansmann, H.A. Scheraga, A. Liwo.
443 Extension of UNRES force field to treat polypeptide chains with D-amino-acid residues.
444 {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2012}, 8, 4746-4757.
445
446 \bibitem{krupa_2013}
447 P. Krupa, A.K. Sieradzan, S. Rackovsky, M. Baranowski, S. O{\l}dziej,
448 H.A. Scheraga, A. Liwo, C. Czaplewski.
449 Improvement of the treatment of loop structures in the UNRES
450 force field by inclusion of coupling between backbone- and
451 side-chain-local conformational states
452 {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2013}, 4620-4632.
453
454 \bibitem{sieradzan_2014}
455 A.K. Sieradzan, A. Niadzvedtski, H.A. Scheraga, A. Liwo.
456 Revised backbone-virtual-bond-angle potentials to treat the L- and D-amino
457 acid residues in the coarse-grained united residue (UNRES) force field.
458 {\it J. Chem. Theory Comput.}, {\bf 2014}, 10, 2194-2203.
459
460 \end{thebibliography}
461 \endgroup
462
463 \newpage
464
465 \section{INSTALLATION}
466 \label{sect:install}
467
468 Please follow the instructions in the installation guide to download and put the package on your
469 system. In what follows, \$UNRESROOT is the location of the UNRES package in your system. 
470
471 It is recommended to install all components of the package using the Cmake utility. 
472 Please follow the instructions in the installation guide.
473
474 This section describes the installation of only the UNRES component of the package,
475 using make program. Sample Makefiles are present in the respective source directories.
476
477 To produce the executable do the following:
478
479 \begin{enumerate}[(a)]
480 %a) 
481 \item
482   To build parallel version, make sure that MPI is installed in your system. 
483    Note that the package will have limited functions when compiled in a single-CPU mode.
484    On linux cluster the command source \$HOME/.env should be added to .tcshrc
485    or equivalent file to use parallel version of the program, the
486    alternative is to use queuing system like PBS.
487    In some cases the FORTRAN library subroutine GETENV does not work properly
488    with MPI, if the script is run interactively. In such a case try to 
489    add the source mygentenv.F and turn on the -DMYGETENV preprocessor flag.
490 %b) 
491 \item
492    Change directory to the respective source directory.
493 %c) 
494 \item
495    Select the appropriate Makefile\_xxxx or copy the most matching Makefile\_xxx 
496    to another name (e.g., Makefile\_MySystem) and edit it to customize to your
497    system. Note that the CSA version works only with MPI.
498
499    Makefile\_pgf90 - Linux, the pgf90 compiler,
500    Makefile\_intel  - Linux, Intel Fortran compiler,
501    Makefile\_gfortran - Gnu Fortran compiler,
502    Makefile\_bluegene - BlueGene/Q (AIX Fortan).
503
504 \textbf{
505    Please note that Makefile must be a symbolic link to the Makefile\_xxx of choice. Make sure 
506 that the file cinfo.f is present; if not, execute:
507 }   
508
509 \begin{verbatim}
510 touch cinfo.f
511 \end{verbatim}
512
513    Other systems should not cause problems; all you have to do is to change 
514    the compiler, compiler options, and preprocessor options. 
515
516    By default, the executables will be placed in \$UNRESROOT/bin/unres/CSA
517    \$UNRESROOT/bin/unres/MD and UNRES/bin/unres/MINIM, respectively.
518
519    The following architectures are defined in the .F source files:
520
521 \begin{description}
522
523    \item{AIX} -- AIX systems (put -DAIX as one of the preprocessor options, if
524      this is your system).
525
526    \item{LINUX} -- Linux (put -DLINUX).
527
528    \item{G77} -- Gnu-Fortran compilers (might require sum moderate source code editing)
529          (put -DG77). The recommended compiler is gfortran and not g77.
530
531    \item{PGI} -- PGI compilers.
532
533    \item{WINPGI} -- additional setting for PGI compilers for MS Windows.
534
535    \item{SGI} -- all SGI platforms; should also be good for SUN platforms (put -DSGI). 
536
537    \item{CRAY} -- handles some Cray-specific I/Os and other instructions.
538
539    \item{WIN} -- MS Windows with Digital Fortran compiler (put -DWIN)
540
541 \end{description}
542
543    For other platforms, the only problems might appear in connection with
544    machine-specific I/O instructions. Many files are opened in the append
545    mode, whose specification in the OPEN statement is quite machine-dependent. 
546    In this case you might need to modify the source code accordingly.
547    The other platform dependent routines are the timing routines contained
548    in timing.F. In addition to the platforms specified above, ES9000, SUN, 
549    KSR, and CRAY are defined there.
550
551    For parallel build -DMP and -DMPI must be set (these are set in Makefile). 
552
553    IMPORTANT! Apart from this, two define flags: -DCRYST\_TOR and -DMOMENT
554    define earlier versions of the force field. The MUST NOT be entered, if
555    the CASP5 and later versions of the force field are used.
556
557 %d)
558 \item
559    Build the unres executables by typing at your UNIX prompt:
560
561 \begin{verbatim}
562    make                    # will build unres
563    make clean              # will remove the object files
564 \end{verbatim}
565
566    The bin directory contains pre-built binaries for Red Hat Linux. These 
567    executables are specified in the csh scripts listed in section 4.
568
569 %e) 
570 \item
571    Customize the C-shell scripts unres.unres (to run the parallel version on
572    set of workstation). See the next section of this manual for guidance.
573
574 After the executables are build and C-shell scripts customized, you can run the
575 test examples contained in UNRES/examples.
576
577 \end{enumerate}
578
579 \newpage
580
581 \section{CUSTOMIZING YOUR C-SHELL SCRIPT}
582 \label{sect:custom}
583
584 IMPORTANT NOTE -- The unres.csh script is for Linux and should also be easily
585 adaptable to other systems running MPICH. This script is for interactive
586 parallel jobs. Examples of scripts compatible with PBS (pbs.sub) and LoadLever 
587 (sp2.sub) queuing systems are also provided.
588
589 Edit the following lines in your unres.csh script:
590
591 \begin{verbatim}
592 set DD = your_database_directory
593 \end{verbatim}
594
595 e.g., if you installed the package on the directory /usr/local, this line
596 looks like this:
597
598 \begin{verbatim}
599 set DD = /usr/local/UNRES/PARAM
600 set BIN = your_binaries_directory
601 set FGPROCS = number_of_processors_per_energy/force_evaluation (MD)
602 \end{verbatim}
603
604 e.g., if the root directory is as above:
605
606 \begin{verbatim}
607 set BIN = /usr/local/UNRES/bin
608 \end{verbatim}
609
610 \section{COMMAND LINE AND FILES}
611 \label{sect:command}
612
613 To run UNRES interactively enter the following command at your Unix prompt 
614 or put it in the batch script:
615
616 \begin{verbatim}
617 unres.csh POTENTIAL INPUT N_PROCS
618 \end{verbatim}
619
620 where:
621
622 POTENTIAL specifies the side-chain interaction potential type and must be
623 one  of the following:
624
625 \begin{description}
626
627 \item{LJ}  -- 6-12 radial Lennard-Jones.
628
629 \item{LJK} -- 6-12 radial Lennard-Jones-Kihara (shifted Lennard Jones).
630
631 \item{BP}  -- 6-12 anisotropic Berne-Pechukas based on Gaussian overlap (dilated
632       Lennard-Jones).
633
634 \item{GB}  -- 6-12 anisotropic Gay-Berne (shifted Lennard-Jones).
635
636 \item{GBV} -- 6-12 anisotropic Gay-Berne-Vorobjev (shifted Lennard-Jones).
637
638 See section \ref{sect:forcefields} (Force Fields) for explanation and usage.
639
640 At present, only the LJ and GB potentials are applied. The LJ potential
641 is used in the ``CASP3'' version of the UNRES force field that is able
642 to predict only $\alpha$-helical structures. All further version of the
643 UNRES force field use the GB potential. For the description of all above-mentioned 
644 potentials see ref. \cite{liwo_1997_02}.
645
646 \item{INPUT} is the prefix for input and output files (see below)
647
648 \item{N\_PROCS} is the number of processors; for a CSA or REMD/MREMD run it MUST be at least 2.
649
650 \end{description}
651
652 Note! The script takes one more variable, FGPROCS, as the fourth argument,
653 which is the number of fine-grain processors to parallelize energy
654 evaluations. The corresponding code is in UNRES/CSA, but it was written
655 using MPL instead of MPI and therefore is never used in the present version.
656 At present we have no plans to rewrite fine-grain parallelization using MPI,
657 because we found that the scalability for up to 200 residue polypeptide
658 chains was very poor, due to a small number of interactions and,
659 correspondingly, unfavorable ratio of the overhead to the computation time.
660
661 \begin{description}
662
663 \item{INPUT.inp} contains the main input data and the control parameters of the CSA
664    method. 
665
666 \item{INPUT.out\_POTENTIAL\_xxx} is the main output files from different processors; xxx
667    denotes the number of the processor
668
669 \item{INPUT\_POTENTIALxxx.stat} is the summary files with the energies, energy components,
670    and RMS deviations of the conformations produced by each of the processors;
671    not used in CSA runs; also it outputs different quantity in MD/MREMD runs.
672
673 CSA version specific files:
674
675 \item{INPUT\_POTENTIALxxx.int} is the internal coordinates; in the CSA run 
676
677 \item{INPUT\_POTENTIAL\_000.int} contains the coordinates of the conformations,
678    and the other files are empty
679
680 \item{INPUT.CSA.history} is the history file from a CSA run. This is an I/O file, because
681    it can be used to restart an interrupted CSA run.
682
683 \item{INPUT.CSA.seed} stores the random seed generated in a CSA run; written for
684    restart purposes.
685
686 \item{INPUT.CSA.bank} is the current bank of conformations obtained in CSA calculations
687    (expressed as internal coordinates). This information is also stored in
688    INPUT\_POTENTIAL000.int
689
690 \item{INPUT.CSA.rbank} -- as above, but contains random-generated conformations.
691
692 \end{description}
693
694 MD version specific files:
695
696 \begin{description}
697
698 \item{INPUT\_MDyyy.pdb} is the Cartesian coordinates of the conformations in PDB format.
699
700 \item{INPUT\_MDyyy.x} is the Cartesian coordinates of the conformations in ASCII format.
701
702 \item{INPUT\_MDyyy.cx} is the Cartesian coordinates of the conformations in compressed format
703                  (need xdr2pdb to convert to PDB format).
704 \end{description}
705
706 The program currently produces some more files, but they are not used
707 for any purposes and most of them are scratched after a run is completed.
708
709 The run script also contains definitions of the parameter files through the
710 following environmental variables:
711
712 \begin{description}
713
714 \item{SIDEPAR} -- parameters of the SC-SC interaction potentials ($U_{SC SC}$);
715
716 \item{SCPPAR} -- parameters of the SC-p interaction potential ($U_{SCp}$); this file can 
717   be ignored by specifying the -DOLDSCP preprocessor flag, which means that the 
718   built-in parameters are used; at present they are the same as the parameters 
719   in the file specified by SCPPAR;
720
721 \item{ELEPAR} -- parameters of the p-p interaction potentials ($U_{pp}$);
722
723 \item{FOURIER} -- parameters of the multibody potentials of the coupling between the
724           backbone-local and backbone-electrostatic interactions ($U_{corr}$);
725
726 \item{THETPAR} -- parameters of the virtual-bond-angle bending potentials ($U_b$);
727
728 \item{ROTPAR}  -- parameters of the side-chain rotamer potentials ($U_{rot}$);
729
730 \item{TORPAR} -- parameters of the torsional potentials ($U_{rot}$);
731
732 \item{TORDPAR} -- parameters of the double-torsional potentials.
733
734 \item{SCCORPAR} -- parameters of the torsional potentials that account for the
735 coupling between the local backbone and local sidechain states (implemented recently).
736
737 \end{description}
738
739 \newpage
740
741 \section{FORCE FIELDS}
742 \label{sect:forcefields}
743
744 UNRES is being developed since 1997 and several versions of the force field
745 were produced. The settings and references to these force fields are
746 summarized below.
747
748 Force fields for CSA version (can be used in MD but haven't been parameterized for this 
749 purpose).
750
751 {\small
752 \hspace{-2cm}\begin{longtable}{|l|l|l|l|l|l|l|}\hline
753 \small
754 %---------------------------------------------------------------------------------------
755             & Additional    & SC-SC    & Example script   &  Structural    &\\
756 Force field & compiler flags& potential& and executables  & classes covered& References\\
757             &               &          & (Linux; PGF90    &&\\
758             &               &          & and IFC)         &&\\ \hline
759 %---------------------------------------------------------------------------------------
760 CASP3       & -DCRYST\_TOR   & LJ       & unres\_CASP3.csh    &only $\alpha$ &\cite{liwo_1997,liwo_1997_02,liwo_1998}\\
761             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_cryst\_tor.exe&&\\
762             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_cryst\_tor.exe &&\\
763             & -DCRYST\_SC    &&&&\\
764             & -DMOMENT      &&&&\\
765 &&&&&\\
766 ALPHA       & -DMOMENT      & GB  &      unres\_CASP4.csh    &only $\alpha$ &\cite{liwo_2001,lee_2001,pillardy_2001}\\
767             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_moment.exe   &&\\
768             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_moment.exe    &&\\
769             & -DCRYST\_SC    &&&&\\
770 &&&&&\\ 
771 BETA        & -DMOMENT      & GB  &      unres\_CASP4.csh    &only $\beta$  &\cite{liwo_2001,lee_2001,pillardy_2001}\\
772             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_moment.exe   &&\\
773             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_moment.exe    &&\\
774             & -DCRYST\_SC&&&&\\
775 &&&&&\\
776 ALPHABETA   & -DMOMENT      & GB  &      unres\_CASP4.csh    & all       &\cite{liwo_2001,lee_2001,pillardy_2001}\\
777             & -DCRYST\_BOND  &     &unres\_pgf90\_moment.exe   &&\\
778             & -DCRYST\_THETA &     &unres\_ifc6\_moment.exe    &&\\
779             & -DCRYST\_SC &&&&\\
780 &&&&&\\
781 CASP5       & -DCRYST\_BOND  & GB  &      unres\_CASP5.csh    & all       &\cite{liwo_2002,saunders_2003,saunders_2003_02,liwo_2004}\\
782             & -DCRYST\_THETA &     &      unres\_pgf90.exe    &&\\
783             & -DCRYST\_SC    &     &      unres\_ifc6.exe     &&\\
784 &&&&&\\
785 3P          & -DCRYST\_BOND  & GB  &      unres\_3P.csh       & all       &\cite{oldziej_2004,oldziej_2004_02}\\
786             & -DCRYST\_THETA &     &      unres\_pgf90.exe    &&\\
787             & -DCRYST\_SC    &     &      unres\_ifc6.exe     &&\\
788 &&&&&\\
789 4P          & -DCRYST\_BOND  & GB  &      unees\_4P.csh       & all       &\cite{oldziej_2004,oldziej_2004_02}\\
790             & -DCRYST\_THETA &     &      unres\_pgf90.exe&&\\
791             & -DCRYST\_SC    &     &      unres\_ifc6.exe&&\\ \hline
792 %---------------------------------------------------------------------------------------
793 \end{longtable}
794 }
795
796 \newpage
797
798 Force fields for MD version \cite{khalili_2005,khalili_2005_02}.
799
800 {\small
801 \begin{longtable}{|l|l|l|l|l|l|l|}\hline
802 %---------------------------------------------------------------------------------------
803             & Additional    & SC-SC    & Example script   &  Structural    &\\
804 Force field & compiler flags& potential& and executables  & classes covered& References\\
805             &               &          & (Linux; PGF90&&\\
806             &               &          & and IFC)&&\\ \hline
807 %---------------------------------------------------------------------------------------
808 GAB         & -DCRYST\_BOND  & GB       & unres\_GAB.csh    &  mostly $\alpha$  & \cite{liwo_2007}\\
809             & -DCRYST\_THETA &&&&\\
810             & -DCRYST\_SC    &&&&\\     
811             & -DPROCOR       &&&&\\     
812 &&&&&\\
813 E0G         & -DCRYST\_BOND  & GB       & unres\_E0G.csh    &  mostly $\alpha$  & \cite{liwo_2007}\\
814             & -DCRYST\_THET  &&&&\\
815             & -DCRYST\_SC    &&&&\\
816             & -DPROCOR       &&&&\\
817 &&&&&\\ 
818 E0LL2Y      &-DPROCOR        & GB       & unres\_ab.csh     &  all           & \cite{liwo_2007,kozlowska_2007,he_2009,kozlowska_2010,kozlowska_2010_02}\\ \hline
819 %---------------------------------------------------------------------------------------
820 \end{longtable}
821 }
822
823 The example scripts (the *.csh filed) contain all appropriate parameter files, while 
824 the energy-term weights are provided in the example input files listed in EXAMPLES.TXT
825 (*.inp; see section \ref{sect:input}. for description of the input files). However, it is user's 
826 responsibility to specify appropriate compiler flags. Note that a version WILL NOT work, 
827 if the force-field specific compiler flags are not set. The parameter files specified 
828 in the run script also must strictly correspond to the energy-term weights specified in 
829 the input file. The parameter files for specific force fields are also specified below 
830 and the energy-term weights are specified in section \ref{sect:input}.
831
832 The parameter files are as follows (the environment variables from section \ref{sect:command} are
833 used to identify the parameters):
834
835 CASP3:
836
837 \begin{longtable}{ll}
838 BONDPAR &bond.parm \\
839 THETPAR &thetaml.5parm\\
840 ROTPAR  &scgauss.parm\\
841 TORPAR  &torsion\_cryst.parm\\
842 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm (not used)\\
843 SIDEPAR &scinter\_LJ.parm\\
844 ELEPAR  &electr.parm\\
845 SCPPAR  &scp.parm\\
846 FOURIER &fourier\_GAP.parm (not used)\\
847 SCCORPAR&sccor\_am1\_pawel.dat (not used)\\
848 \end{longtable}
849
850 ALPHA, BETA, ALPHABETA (CASP4):
851
852 \begin{longtable}{ll}
853 BONDPAR &bond.parm \\
854 THETPAR &thetaml.5parm\\
855 ROTPAR  &scgauss.parm\\
856 TORPAR  &torsion\_ecepp.parm\\
857 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm (not used)\\
858 SIDEPAR &scinter\_GB.parm\\
859 ELEPAR  &electr.parm\\
860 SCPPAR  &scp.parm\\
861 FOURIER &fourier\_GAP.parm\\
862 SCCORPAR&sccor\_am1\_pawel.dat (not used)\\
863 \end{longtable}
864
865 CASP5:
866
867 \begin{longtable}{ll}
868 BONDPAR &bond.parm\\
869 THETPAR &thetaml.5parm\\
870 ROTPAR  &scgauss.parm\\
871 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
872 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
873 SIDEPAR &scinter\_GB.parm\\
874 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
875 SCPPAR  &scp.parm\\
876 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_iter7n\_c\\
877 SCCORPAR&sccor\_am1\_pawel.dat (not used)\\
878 \end{longtable}
879
880 3P:
881
882 \begin{longtable}{ll}
883 BONDPAR &bond.parm\\
884 THETPAR &thetaml.5parm\\
885 ROTPAR  &scgauss.parm\\
886 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
887 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
888 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.3P7\_iter81\_1r\\
889 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
890 SCPPAR  &scp.parm\\
891 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
892 SCCORPAR&sccor\_am1\_pawel.dat (not used)\\
893 \end{longtable}
894
895 4P:
896
897 \begin{longtable}{ll}
898 BONDPAR &bond.parm\\
899 THETPAR &thetaml.5parm\\
900 ROTPAR  &scgauss.parm\\
901 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
902 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
903 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.4P5\_iter33\_3r\\
904 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
905 SCPPAR  &scp.parm\\
906 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
907 SCCORPAR&sccor\_am1\_pawel.dat (not used)\\
908 \end{longtable}
909
910 GAB:
911
912 \begin{longtable}{ll}
913 BONDPAR &bond.parm\\
914 THETPAR &thetaml.5parm\\
915 ROTPAR  &scgauss.parm\\
916 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
917 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
918 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.1gab\_3S\_qclass5no310-shan2-sc-16-10-8k\\
919 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
920 SCPPAR  &scp.parm\\
921 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
922 SCCORPAR&sccor\_pdb\_shelly.dat\\
923 \end{longtable}
924
925 E0G:
926
927 \begin{longtable}{ll}
928 BONDPAR &bond.parm\\
929 THETPAR &thetaml.5parm\\
930 ROTPAR  &scgauss.parm\\
931 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
932 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
933 SIDEPAR &sc\_GB\_opt.1e0g-52-17k-2k-newclass-shan1e9\_gap8g-sc\\
934 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
935 SCPPAR  &scp.parm\\
936 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
937 SCCORPAR&sccor\_pdb\_shelly.dat\\
938 \end{longtable}
939
940 E0LL2Y:
941
942 \begin{longtable}{ll}
943 BONDPAR &bond\_AM1.parm\\
944 THETPAR &theta\_abinitio.parm\\
945 ROTPAR  &rotamers\_AM1\_aura.10022007.parm\\
946 TORPAR  &torsion\_631Gdp.parm\\
947 TORDPAR &torsion\_double\_631Gdp.parm\\
948 SIDEPAR &scinter\_\${POT}.parm\\
949 ELEPAR  &electr\_631Gdp.parm\\
950 SCPPAR  &scp.parm\\
951 FOURIER &fourier\_opt.parm.1igd\_hc\_iter3\_3\\
952 SCCORPAR&sccor\_am1\_pawel.dat\\
953 \end{longtable}
954
955 Additionally, for E0LL2Y, the following environment variables and files are required
956 to generate random conformations:
957
958 THETPARPDB thetaml.5parm\\
959 ROTPARPDB scgauss.parm
960
961 For CSA, the best force field is 4P. For MD, the 1L2Y\_1LE1 force field is best for
962 ab initio prediction but provides medium resolution (5 A for 60-residue proteins) and 
963 overemphasizes $\beta$-structures and has to be run with secondary-structure-prediction
964 information. For prediction of the structure of mostly $\alpha$-protein, and for running
965 dynamics of large proteins, the best is the GAB force field. All these force fields
966 were trained by using our procedure of hierarchical optimization \cite{oldziej_2004,oldziej_2004_02}.
967 The 4P and 1L2Y\_1LE1 force fields have considerable power independent of structural class. 
968 The ALPHA, BETA, and ALPHABETA force fields (for CSA) were used in the CASP4 exercises
969 and the CASP5 force field was used in the CASP5 exercise with some success; ALPHA 
970 predicts reasonably the structure of $\alpha$-helical proteins and is still not obsolete, 
971 while for $\beta$- and $\alpha+\beta$-structure prediction
972 3P or 4P should be used, because they are cheaper and more reliable than BETA and
973 ALPHABETA. The early CASP3 force field is included for historical reasons only.
974
975 \newpage
976
977 \section{INPUT FILES}
978 \label{sect:input}
979
980 \subsection{Main input data file}
981 \label{sect:input:main}
982
983 Most of the data are organized as data lists, where the data can be put
984 in any order, using a series of statements of the form:
985
986 KEYWORD=value
987
988 for simple non-logical variables
989
990 or just
991
992 KEYWORD
993
994 to indicate that the corresponding option is turned on. For array variables
995 the assignment statement is:
996
997 KEYWORD=value1,value2,...
998
999 However, the data lists are unnamed and that must be placed EXACTLY in the 
1000 order indicated below. The presence of an \& in the 80th column of a line
1001 indicates that the next line will belong to the same data group. The parser
1002 subroutines that interpret the keywords are case insensitive.
1003
1004 Each group of data organized as a data list is indicated as data list format 
1005 input.
1006
1007 \subsubsection{Title}
1008 \label{sect:input:main:title}
1009
1010 Any string containing up to 80 characters. The first input line is always 
1011 interpreted as title.
1012
1013 \subsubsection{Control data} 
1014 \label{sect:input:main:control}
1015
1016 This data section is in data list format and is read in the READ\_CONTROL subroutine.
1017
1018 \paragraph{Keywords to chose calculation type}
1019
1020 \begin{description}
1021
1022 \item{TIMLIM} -- time limit in minutes (960)
1023
1024 %\item{OUT1FILE} -- only the master processor prints the output file in a parallel job
1025
1026 \item{MINIMIZE} -- if present, energy minimization will be carried out.
1027
1028 \item{REGULAR} -- regularize the read in conformation (usually a crystal or
1029            NMR structure) by doing a series of three constrained minimizations,
1030            to keep the structure as close as possible to the starting
1031            (experimental) structure. The constraints are the CA-CA distances 
1032            of the initial structure. The constraints are gradually diminished
1033            and removed in the last minimization. 
1034
1035 \item{SOFTREG} -- regularize the read in conformation (usually a crystal or NMR
1036            structure) by doing a series of constrained minimizations, with
1037            additional use of soft potential and secondary structure
1038            freezing, to keep the structure as close as possible to the
1039            starting (experimental) structure. 
1040
1041            
1042 \item{CSA}    -- if present, the run is a CSA run. At present, this is the only 
1043           reliable mode of doing global conformational search with this
1044           package; it is NOT recommended to use MCM or THREAD for this
1045           purpose.
1046
1047 \item{MCM}  -- if present, this is a Monte Carlo Minimization (MCM) run. 
1048
1049 \item{MULTCONF} -- if present, conformations will be read from the INPUT.intin
1050           file.
1051
1052 \item{MD}  -- run canonical MD (single or multiple trajectories).
1053
1054 \item{RE}  -- run REMD or MREMD (parallel jobs only).
1055
1056 \item{MUCA}  -- run multicanonical MD calculations (parallel jobs only).
1057
1058 \item{MAP=number} (integer) --
1059 Conformational map will be calculated in chosen angles.
1060
1061 \item{THREAD=number} (integer) --
1062 Threading or threading-with-minimization run, using a database of structures 
1063 contained in the \$DD/patterns.cart pattern data base (502 chains or chain
1064 fragments), using a total number patterns. It is recommended to use this with 
1065 energy minimization; this implies regularization of each minimized pattern.
1066 See refs. \cite{liwo_1997_02} and \cite{liwo_1997_03}.
1067
1068 \item{CHECKGRAD} -- compare numerical and analytical gradient; to be followed by:
1069
1070 \item{CART}  -- energy gradient in virtual-bond vectors (Cartesian coordinates)
1071
1072 \item{INT}  -- energy gradient in internal coordinates (default)
1073
1074 \item{CARINT} -- derivatives of the internal coordinates in the virtual-bond vectors.
1075
1076 \end{description}
1077
1078 \paragraph{Specification of protein and structure output in non-MD applications}
1079
1080 \begin{description}
1081
1082 \item{ONE\_LETTER} -- one-letter and not three-letter code of the amino-acid residues 
1083             is used.
1084
1085 \item{SYM} (1) -- number of chains with same sequence (for oligomeric proteins only).
1086
1087 \item{PDBSTART} -- the initial conformation is read in from a PDB file.
1088
1089 \item{UNRES\_PDB} -- the starting conformation is in UNRES representation (C$^\alpha$
1090             and SC coordinates only). This keyword MUST appear in such a case
1091             or the program will generate erroneous and unrealistic side-chain
1092             coordinates.
1093
1094 \item{RAND\_CONF} -- start from a random conformation.
1095
1096 \item{EXTCONF}  -- start from an extended chain conformation.
1097
1098 \item{PDBOUT}  -- if present, conformations will be output in PDB format. Note that
1099            this keyword affects only the output from single energy evaluation,
1100            energy minimization and multiple-conformation data. To request
1101            conformations from MD/MREMD runs in PDB format, the MDPDB keyword
1102            must be placed on the MD input record.
1103
1104 \item{MOL2OUT} -- if present, conformations will be output in SYBYL mol2 format.
1105
1106 \item{REFSTR}  -- if present, reference structure will be read (e.g., to monitor
1107            the RMS deviation from the crystal structure).
1108
1109 \item{PDBREF} -- if present, a reference structure will be read in to compare
1110            the calculated conformations with it.
1111
1112 \item{UNRES\_PBD} -- the starting/reference structure is read from an UNRES-generated
1113             PDB file.
1114
1115 \end{description}
1116
1117 Keywords: PDBOUT, MOL2OUT, PDBREF, and PDBSTART are ignored for a CSA run.
1118 Output mode for MD version is specified in MD input (see section \ref{sect:input:main:MD}).
1119
1120 \paragraph{Miscellaneous}
1121
1122 \begin{description}
1123
1124 \item{CONSTR\_DIST=number}
1125
1126 \begin{description}
1127 \item{0} -- no distance restraints,
1128 \item{$>0$} -- imposes harmonic restraints on selected distances; see section 5.12.
1129 In MD version, also restraints on the q variable \cite{liwo_2007} can be used.
1130 \end{description}
1131
1132 \item{WEIDIS=number} (real)
1133 the weight of the distance term; applies for REGULARIZE and THREAD, otherwise
1134 ignored.
1135
1136 \item{USE\_SEC\_PRED} -- use secondary-structure prediction information.
1137
1138 \item{SEED=number} (integer) (no default)
1139 Random seed (required, even if the run is not a CSA, MCM, MD or MREMD run).
1140
1141 \item{PHI} -- only the virtual-bond dihedral angles $\gamma$ are considered as
1142            variables in energy minimization.
1143
1144 \item{BACK} -- only the backbone virtual angles (virtual-bond angles theta and 
1145            virtual-bond dihedral angles $\gamma$) are considered as variables 
1146            in energy minimization.
1147
1148 By default, all internal coordinates: $\theta$, $\gamma$, and the side-chain
1149 centroid polar angles $\alpha$ and $\beta$ are considered as variables in energy
1150 minimization. 
1151
1152 \item{RESCALE\_MODE=number} (real)
1153 Choice of the type of temperature dependence of the force field.
1154 \begin{description}
1155 \item{0}  -- no temperature dependence
1156 \item{1}  -- homographic dependence (not implemented yet with any force field)
1157 \item{2}  -- hyperbolic tangent dependence \cite{liwo_2007}.
1158 \end{description}
1159
1160 \item{T\_BATH=number} (real)
1161 temperature (for MD runs and temperature-dependent force fields).
1162 \end{description}
1163
1164 The following keywords apply to MCM only:
1165
1166 \begin{description}
1167
1168 \item{MAXGEN=number} (integer) (10000)
1169 maximum number of conformations generated in a single MCM iteration
1170
1171 \item{MAXOVERLAP=number} (integer) (1000)
1172 maximum number of conformations with ``bad'' overlaps allowed to appear in a
1173 row in a single MCM iteration.
1174
1175 \item{DISTCHAINMAX} -- (multi-chain capacity only) maximum distance between the
1176                last residue of a given chain and the first residue of the
1177                next chain such that restraints will not be imposed; quartic
1178                restraints will be imposed for greater distances.
1179
1180 \item{ENERGY\_DEC} -- detailed energies will be printed for each interacting pair
1181              or each virtual bond, virtual-bond angle and dihedral angle,
1182              side chain, etc. DO NOT use unless a single energy evaluation
1183              was requested.
1184 \end{description}
1185
1186 \subsubsection{Minimizer options}
1187
1188 This data section is in data list format and is read in the READ\_MINIM subroutine.
1189
1190 This data group is present, if MINIMIZE was specified on the control card.
1191 Otherwise, it must not appear.
1192
1193 \begin{description}
1194
1195 \item{CART} -- minimize in virtual-bond vectors instead of angles.
1196
1197 \item{MAXMIN=number} (integer) (2000)
1198 maximum number of iterations of the SUMSL minimizer.
1199
1200 \item{MAXFUN=number} (integer) (5000)
1201 maximum number of function evaluations in a single minimization.
1202
1203 \item{TOLF=number} (real) (1.0e-2)
1204 Tolerance on function.
1205
1206 \item{RTOLF=number} (real) (1.0d-4)
1207 Relative tolerance on function.
1208
1209 \item{PRINT\_INI} -- turns on printing nondefault minimization parameters, 
1210 initial variables, and gradients in the SUMSL procedures.
1211
1212 \item{PRINT\_FINAL} -- turns on printing final variables and gradients in
1213 SUMSL.
1214
1215 \item{PRINT\_STAT} -- turns on printing abbreviated minimization protocol.
1216
1217 \end{description}
1218
1219 The SUMSL minimizer is used in UNRES/CSA. For detailed description of
1220 the control parameters see the source file cored.f and sumsld.f
1221
1222
1223 \subsubsection{CSA control parameters}
1224 \label{sect:input:main:CSA}
1225
1226 This data group should be present only, if CSA was specified on the control
1227 card. It is recommended that the readers to read publications on CSA method
1228 for more complete description of the parameters. Brief description of
1229 parameters:
1230
1231 \begin{description}
1232
1233 \item{NCONF=number} (integer) (50) 
1234 This corresponds to the size of the bank at the beginning of the
1235 CSA procedure. The size of the bank, nbank, is set to nconf.
1236 If necessary (at much later stages of the CSA: see icmax below), 
1237 nbank increases by multiple of nconf.
1238
1239 \item{JSTART=number} (integer) (1)
1240
1241 \item{JEND}=number (integer) (1)
1242 This corresponds to the limit values of do loop, each of which
1243 corresponds to an separate CSA run. If jstart=1, and jstart=100,
1244 this routine will repeat 100 separate CSA runs (limited by CPU)
1245 each one with separate random number initialization.
1246 The only difference between two CSA runs (one with jstart=jend=1 
1247 and another one with jstart=jend=2) would be different random
1248 number initializations if other parameters are identical.
1249
1250 \item{NSTMAX=number} (integer) (500000)
1251 This is to set a limit the total number of local minimizations of CSA
1252 before termination.
1253
1254 \end{description}
1255
1256 N1=number (integer) (6)\\
1257 N2=number (integer) (4)\\
1258 N3=number (integer) (0)\\
1259 N4=number (integer) (0)\\
1260 N5=number (integer) (0)\\
1261 N6=number (integer) (10)\\
1262 N7=number (integer) (0)\\
1263 N8=number (integer) (0)\\
1264 N9=number (integer) (0)\\
1265 IS1=number (integer) (1)\\
1266 IS2=number (integer) (8)\\
1267
1268 These numbers are used to generate trial conformations for each seed.
1269 See the file newconf.f for more details.
1270
1271 \begin{description}
1272  \item{n1:} the total number of trial conformations for each seed by substituting
1273      nran number of variable angles (see subroutine newconf1ab and 
1274      subroutine newconf1ar),
1275  \item{n2:} the total number of trial conformations for each seed by substituting
1276      nran number of groups of variable angles (see subroutine newconf1bb and 
1277      subroutine newconf1br),
1278  \item{n3:} the total number of trial conformations for each seed by substituting 
1279      a window of residues which forms a $\beta$-hairpin, if there is no enough
1280      $\beta$-hairpins uses the same algorithm as n6,
1281  \item{n4:} the total number of trial conformations for each seed by shifting the 
1282      turn in $\beta$-hairpin by +/- 1 or 2 residues, if there is no enough
1283      $\beta$-hairpins uses the same algorithm as n6,
1284  \item{n5:} not used, 
1285  \item{n6:} the total number of trial conformations for each seed by substituting
1286      a window of residues [is1,is2] inclusive. The size of the window is
1287      determined in a random fashion (see subroutine newconf\_residue for 
1288      generation of the trial conformations),
1289  \item{n7:} the total number of trial conformations for each seed by copying a 
1290      remote strand pair forming nonlocal $\beta$-sheet contact,
1291  \item{n8:} the total number of trial conformations for each seed by copying an
1292      $\alpha$-helical segment,
1293  \item{n9:} the total number of trial conformations for each seed by shifting the
1294      $\alpha$-helical segment by +/- 1 or 2 residues. 
1295 \end{description}
1296
1297 Typical values used for a 75-residue helical protein is
1298 (6 4 0 0 0 10 1 26) for (n1,n2,n3,n4,n5,n6,is1,is2), respectively.
1299 In this example, a total of 20 trial conformations are generated for a seed
1300 Usually is1=1 is used for all applications, and the value of is2 is set about
1301 to 1/3 of the total number of residues. n3, n4 and n7 are design to help in 
1302 case of proteins with $\beta$-sheets
1303
1304 NRAN0=number (integer) (4)\\
1305 NRAN1=number (integer) (2)\\
1306 IRR=number (integer) (1)\\
1307
1308 These numbers are used to determine if the CSA stage is very early.
1309 One can use (4 2 1) for these values. For more details one should look into
1310 the file, newconf.f, for more details.
1311
1312 NTOTAL=number (integer) (10000)\\
1313 CUT1=number (real) (2.0)\\
1314 CUT2=number (real) (5.0)\\
1315
1316 Annealing schedule is set in following fashion.
1317 The value of D\_cut is reduced geometrically from 1/cut1 of D\_ave (at the 
1318 beginning) to 1/cut2 of D\_ave (after ntotal number of minimizations) where 
1319 D\_ave is the average distance between two conformations in the First\_bank.
1320
1321 \begin{description}
1322
1323 \item{ESTOP=number} (real) (-3000.0)
1324 The CSA procedure stops if a conformations with energy lower than estop is
1325 obtained. If the do-loop set by jstart and jend requires more than one loop, 
1326 the program will go on until the  do-loop is finished.
1327
1328 \item{ICMAX=number} (integer) (3)
1329 The maximum value of cycle (see the original publications for details).
1330 If the number of cycle exceeds this value the program will add nconf
1331 more conformations to Bank and First\_bank to continue CSA procedure if
1332 the new size of the nbank is within the maximum set by nbankm (see above).
1333 If the size of  nbank exceeds the maximum set by nbankm the CSA procedure
1334 for this run will stop and next CSA will begin depending on the do-loop 
1335 set by jstart and jend.
1336
1337 \item{IRESTART=number} (integer) (0)
1338 This tells you if the run is fresh start (irestart=0) or a restart (irestart=1)
1339 starting from an old results 
1340
1341 \item{NDIFF=number} (integer) (2) 
1342 The number of variables use in comparison when structure is added to the
1343 bank,4 - all angels, 2 - only backbone angles $\gamma$ and $\theta$
1344
1345 \item{NBANKTM=number} (integer) (0)
1346 The maximum number of structures saved in *.CSA.bankt as history of the run
1347 Do not use bankt on massively parallel computation as it kills scalability.
1348
1349 \item{DELE=number} (real) (20.0)
1350 Energy cutoff for bankt.
1351
1352 \item{DIFCUT=number} (real) (720.0)
1353 Angle cutoff for bankt.
1354
1355 \item{IREF=number} (integer) (0)
1356 0 - normal run, 1 - local CSA which generates only structures close to the
1357 reference one read from *.CSA.native.int file.
1358
1359 \item{RMSCUT=number} (real) (4.0)
1360 CA RMSD cut off used in local CSA
1361
1362 \item{PNCCUT=number} (real) (0.5)
1363 Percentage of native contact used in local CSA
1364
1365 \item{NCONF\_IN=number} (integer) (0)
1366 The number of conformation read for the first bank from the input file
1367 *.intin
1368 \end{description}
1369
1370 Optionally, the CSA parameters can be read from file INPUT.CSA.in, if
1371 this file exists. If so, they are read in free format in the following 
1372 order:
1373
1374 nconf\\
1375 jstart,jend\\
1376 nstmax\\
1377 n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7,n8,is1,is2\\
1378 nran0,nran1,irr\\
1379 nseed\\
1380 ntotal,cut1,cut2\\
1381 estop\\
1382 icmax,irestart\\
1383 ntbankm,dele,difcut\\
1384 iref,rmscut,pnccut\\
1385 ndiff\\
1386
1387
1388 \subsubsection{MCM data}
1389 \label{sect:input:main:MCM}
1390
1391 (Data list format, subroutine MCMREAD.)
1392
1393 This data group is present, if MCM was specified on the control card.
1394 Otherwise it must not appear.
1395
1396 \begin{description}
1397
1398 \item{MAXACC=number} (integer) (100)
1399 Maximum number of accepted conformations.
1400
1401 \item{MAXTRIAL=number} (integer) (100)
1402 Maximum number of unsuccessful trials in a row.
1403
1404 \item{MAXTRIAL\_ITER=number} (integer) (1000)
1405 Maximum number of unsuccessful trials in a single iteration.
1406
1407 \item{MAXREPM=number} (integer) (200)
1408 Maximum number of repetitions of the same minimum.
1409
1410 \item{RANFRACT=number} (real) (0.5d0)
1411 Fraction of chain-rebuild motions.
1412
1413 \item{OVERLAP=number} (real) (1.0d3)
1414 Bad contact energy criterion.
1415
1416 \item{NSTEPH=number} (integer) (0)
1417 Number of heating step in adaptive sampling.
1418
1419 \item{NSTEPC=number} (integer) (0)
1420 Number of cooling step in adaptive sampling.
1421
1422 \item{TMIN=number} (real) (298.0d0)
1423 Minimum temperature in adaptive-temperature sampling).
1424
1425 \item{TMAX=number} (real) (298.0d0)
1426 Maximum temperature in adaptive-temperature sampling).
1427
1428 The temperature is changed according to the formula:
1429
1430 T = TMIN*EXP(ISTEPH*(TMAX-TMIN)/NSTEPH) when heating
1431
1432 and
1433
1434 T = TMAX*EXP(-ISTEPC*(TMAX-TMIN)/NSTEPC) when cooling
1435
1436 The default is to use a constant temperature.
1437
1438 \item{NWINDOW=number} (integer) (0)
1439 Number of windows in which the variables will be perturbed; the windows are
1440 defined by the numbers of the respective amino-acid residues. If NWINDOW
1441 is nonzero, after specifying all MCM input the next lines must define the
1442 windows. Each line looks like this:
1443
1444 winstart winend (free format)
1445
1446 e.g. if NWINDOW=2, the input:
1447
1448 4 10\\
1449 15 20\\
1450
1451 will mean that only the variables of residues 4-10 and 15-20 will be perturbed.
1452 However, in general, all variables will be considered in minimization.
1453
1454 \item{PRINT\_MC=number} (0)
1455 Printout level in MCM. 0 - no intermediate printing, 1 and 2 - moderate
1456 printing, 3 - extensive printing.
1457
1458 \item{NO\_PRINT\_STAT} -- no output to INPUT\_POTENTIALxxx.stat.
1459
1460 \item{NO\_PRINT\_INT} -- no internal-coordinate output to INPUT\_POTENTIALxxx.int.
1461
1462 \end{description}
1463
1464 \subsubsection{MD data}
1465 \label{sect:input:main:MD}
1466
1467 (Mixed format;  subroutine READ\_MDPAR.)
1468
1469 \begin{description}
1470
1471 \item{NSTEP} (1000000) number of time steps per trajectory.
1472
1473 \item{NTWE} (100) NTWX (1000) frequency of energy and coordinate output, respectively.
1474 The coordinates are dumped in the pdb or compressed Gromacs (cx) format,
1475 depending on the next keyword.
1476 NTWE=0 means no energy dump.
1477
1478 \item{MDPDB} - dump coordinates in the PDB format (cx otherwise)
1479
1480 \item{TRAJ1FILE} only the master processor outputs coordinates. This feature pertains
1481   only to REMD/MREMD jobs and overrides NTWX; coordinates are dumped at every
1482   exchange in MREMD.
1483
1484 \item{REST1FILE} only the master writes the restart file
1485
1486 \item{DT} (real) (0.1) time step; the unit is ``molecular time unit'' (mtu); 1 mtu = 48.9 fs
1487
1488 \item{DAMAX} (real) (1.0) maximum allowed change of acceleration during a single time step.
1489 The time step gets scaled down, if this is exceeded.
1490
1491 \item{DVMAX} (real) (20.0) -- maximum allowed velocity (in A/mtu)
1492
1493 \item{EDRIFTMAX} (real) (10.0) -- maximum allowed energy drift in a single MD step (10 kcal/mol)
1494
1495 \item{REST} -- restart flag. The calculation is restarted if present.
1496
1497 \item{LARGE} -- very detailed output. Don't use except for debugging.
1498
1499 \item{PRINT\_COMPON} -- prints energy components.
1500
1501 \item{RESET\_MOMENT} (1000) -- frequency of zeroing out the total angular momentum when 
1502 running Berendsen mode calculations (for Langevin calculations meaningless).
1503
1504 \item{RESET\_VEL}=number (integer) (1000) -- frequency of resetting velocities to values
1505 from Gaussian distribution.
1506
1507 \item{RATTLE} -- use the RATTLE algorithm (constraint bonds); not yet implemented.
1508
1509 \item{RESPA} -- use the Multiple Time Step (MTS) or Adaptive Multiple Time Step (A-MTS) 
1510 algorithm \cite{rakowski_2006}.  Without this flag the variable time step (VTS) \cite{khalili_2005} is run.
1511
1512 \item{NTIME\_SPLIT=number} (integer) (1) -- initial number of time-split steps
1513
1514 \item{MAXTIME\_SPLIT=number} (integer) (64) -- maximum number of time-split step
1515
1516 If NTIME\_SPLIT==MAXTIME\_SPLIT, MTS is run. 
1517
1518 \item{R\_CUT=number} (real) (2.0) -- the cut-off distance in splitting the forces into short- and
1519 long-range in site-site VDW distance units.
1520
1521 \item{LAMBDA} (real) (0.3) -- the transition length (in site-site VDW distance units) between
1522 short- and long-range forces.
1523
1524 \item{XIRESP} --  flag to use MTS/A-MTS with Nos\'e-Hoover/Nos\'e-Poincar\'e thermostats.
1525
1526 \item{LANG=number} (integer) (0) Langevin dynamics flag:
1527
1528 \begin{description}
1529 \item{0} -- No explicit Langevin dynamics.
1530 \item{1} -- Langevin with direct integration of the equations of motion (recommended 
1531     for Langevin calculations)
1532 \item{2} -- Langevin calculation with analytical pre-integration of the friction and 
1533     stochastic part of the equations of motion using an algorithm adapted from TINKER.
1534     This is MUCH MORE time- and memory-consuming than 1 and requires compiling without 
1535     the -DLANG0 flag and enormously increases memory requirements.
1536 \item{3} -- The stochastic integrator developed by Cicotti and coworkers.
1537 \item{4} -- for other stochastic integrators (not used at present).
1538 \end{description}
1539
1540 Note: With the enclosed code, the -DLANG0 compiler flag is included which disables
1541 LANG=2 and LANG=3
1542
1543 \item{TBF} -- Berendsen thermostat.
1544
1545 \item{TAU\_BATH} (1.0) (units are mtus; 1mtu=48.9 fs) -- constant of the coupling to the thermal bath
1546    used with the Berendsen thermostat.
1547
1548 \item{NOSEPOINCARE99} -- the Nose-Poincare thermostat as of 1999 will be used.
1549
1550 \item{NOSEPOINCARE01} -- the Nose-Poincare thermostat as of 2001 will be used.
1551
1552 \item{NOSEHOOVER96} -- the Nose-Hoover thermostat will be used.
1553
1554 \item{Q\_NP=number} (real) (0.1) -- the value of the mass of the fictitious particle in the calculations
1555   with the Nose-Poincare thermostat.
1556
1557 \item{T\_BATH} (300.0) (in K) -- temperature of canonical simulation or temperature to generate
1558 velocities.
1559
1560 \item{ETAWAT} (0.8904) -- viscosity of water (in centipoises).
1561
1562 \item{RWAT} (1.4) -- radius of water molecule (in A)
1563
1564 \item{SCAL\_FRIC=number} (real) (0.02) -- scaling factor of the friction coefficients.
1565
1566 \item{SURFAREA} -- scale friction acting on atoms by atoms' solvent accessible area.
1567
1568 \item{RESET\_FRICMAT=number} (integer) (1000) -- recalculate friction matrix every RESET\_FRICMAT MD steps.
1569
1570 \item{USAMPL} -- restraints on q (see reference 5 for meaning) will be imposed (see section .
1571 In this case, the next records specify the restraints; these records are
1572 placed before the list of temperatures or numbers of trajectories.
1573
1574 \item{EQ\_TIME=number} (real) (1.0e4) -- time (in mtus; 1 mtu=48.9 fs) after which restraints
1575 on q will start to be in force.
1576
1577 \end{description}
1578
1579 If USAMPL has been specified, the following information must be supplied after the 
1580 main MD input data record (subroutine READ\_FRAGMENTS):
1581
1582 Line 1: nset, npair, nfrag\_back (number of sets of restraints, number of restrained 
1583 fragments, number of restrained pairs, number of restrained backbone fragments
1584 (in terms of $\theta$ and $\gamma$ angles) 
1585
1586 For each set of restraints (1, 2,..., nset):
1587
1588 \begin{description}
1589
1590 \item{mset(iset)} -- how many times the set is multiplied.
1591
1592 \item{wfrag(i,iset), ifrag(1,i,iset), ifrag2(2,i,iset),qfrag(i,iset)} --
1593 weight of the restraint, first and last residue of the fragment, target q value.
1594 This information is repeated through nfrag.
1595
1596 \item{wpair(i,iset), ipair(1,i,iset), ipair(2,i,iset),qinpair(i,iset)} --
1597 weight of the restraint, first and second fragment of the pair (according to fragment
1598 list), target q value.  This information is repeated through npair
1599
1600 \item{wfrag\_back(1,i,iset), wfrag\_back(2,i,iset), wfrag\_back(3,i,iset), 
1601 ifrag\_back(1,i,iset),ifrag\_back(2,i,iset)} --
1602 weight of the restraints on $\theta$ angles, weight on the restraints on $\gamma$ angles,
1603 weight of the restraints on side-chain rotamers, first residue of the fragment,
1604 last residue of the fragment. This information is repeated through nfrag\_back.
1605
1606 \end{description}
1607
1608 \subsubsection{REMD/MREMD data}
1609 label{sect:input:main:MREMD}
1610
1611 (Miced format; subroutine READ\_REMDPAR.)
1612
1613 \begin{description}
1614
1615 \item{NREP} (3) -- number of replicas in a REMD/MREMD run.
1616
1617 \item{NSTEX} (1000) -- number of steps after which exchange is performed in REMD/MREMD
1618   runs.
1619
1620 The temperatures in replicas can be specified through
1621
1622 \item{RETMIN} (10.0) -- minimum temperature in a REMD/MREMD run,
1623
1624 \item{RETMAX} (1000.0) -- maximum temperature in a REMD/MREMD run.
1625
1626 \end{description}
1627
1628 Then the range from retmin to retmax is divided into equal segments and
1629 temperature of the replicas assigned accordingly,
1630
1631 or 
1632
1633 \begin{description}
1634
1635 \item{TLIST} means that the NREP temperature of the replicas will be input in the
1636 next record.
1637
1638 \item{MLIST} numbers of trajectories per each of the NREP temperatures will be 
1639 specified in the record after the list of temperatures; this specifies
1640 a MREMD run. 
1641
1642 \end{description}
1643
1644 Important! The number of processors must be exactly equal to the number of
1645 trajectories, i.e., NREP for a REMD run or $\sum_i mlist(i)$ for a MREMD run.
1646
1647 \begin{description}
1648
1649 \item{SYNC} -- all trajectories will be synchronized every NSTEX time steps 
1650 (by default, they are not synchronized).
1651
1652 \item{TRAJ1FILE} -- only the master processor outputs coordinates. This feature pertains
1653   only to REMD/MREMD jobs and overrides NTWX; coordinates are dumped at every
1654   exchange in MREMD.
1655
1656 \item{REST1FILE} -- only the master writes the restart file.
1657
1658 \item{HREMD} -- Hamiltonian replica exchange flag; not only temperatures but also
1659 sets energy-term weights are exchanged between conformations. 
1660
1661 \item{TONLY} -- run a ``fake'' HREMD with many sets of energy-term weights in a 
1662 single run but only temperature exchange.
1663
1664 \end{description}
1665
1666 \subsubsection{Energy-term weights}
1667 \label{sect:input:main:weights}
1668
1669 (Data list format; subroutine MOLREAD.)
1670
1671 \begin{description}
1672
1673 \item{WLONG=number} (real) (1.0d0) --
1674 common weight of the U(SC-SC) (side-chain side-chain interaction) 
1675 and U(SC,p) (side-chain peptide-group) term.
1676
1677 \item{WSCC=number} (real) (WLONG) --
1678 weight of the U(SC-SC) term.
1679
1680 \item{WSCP=number} (real) (WLONG)
1681 weight of the U(SC-p) term.
1682
1683 \item{WELEC=number} (real) (1.0d0)
1684 weight of the U(p-p) (peptide-group peptide-group interaction) term.
1685
1686 \item{WEL\_LOC=number} (real) (1.0d0)
1687 weight of the $U_{el;loc}^3$ (local-electrostatic cooperativity, third-order) term.
1688
1689 \item{WCORRH=number} (real) (1.0d0)
1690 weight of the U(corr) (cooperativity of hydrogen-bonding interactions, fourth-order) term.
1691
1692 \item{WCORR5=number} (real) (0.0d0) --
1693 weight of the $U_{el;loc}^5$ (local-electrostatic cooperativity, 5th order
1694 contributions).
1695
1696 \item{WCORR6=number} (real) (0.0d0) --
1697 weight of the $U_{el;loc}^6$ (local-electrostatic cooperativity, 6th order
1698 contributions).
1699
1700 \item{WTURN3=number} (real) (1.0d0) --
1701 weight of the $U_{turn}^3$ (local-electrostatic cooperativity within 3 residue
1702 segment, 3rd order contribution).
1703
1704 \item{WTURN4=number} (real) (1.0d0) --
1705 weight of the $U_{turn}^4$ (local-electrostatic cooperativity within 4 residue
1706 segment, 4rd order contributions).
1707
1708 \item{WTURN6=number} (real) (1.0d0) --
1709 weight of the $U_{turn}^6$ (local-electrostatic cooperativity within 6 residue
1710 segment, 6rd order contributions).
1711
1712 \item{WTOR=number} (real) (1.0d0) --
1713 weight of the torsional term, $U_{tor}$.
1714
1715 \item{WANG=number} (real) (1.0d0) --
1716 weight of the virtual-bond angle bending term, $U_b$.
1717
1718 \item{WSCLOC=number} (real) (1.0d0) --
1719 weight of the side-chain rotamer term, $U_{SC}$.
1720
1721 \item{WSTRAIN=number} (real) (1.0d0) --
1722 scaling factor of the distance-constrain or disulfide-bond strain energy term.
1723
1724 \item{SCALSCP=number} (real) (1.0d0) --
1725 scaling factor of $U_{SCp}$; this is an alternative to specifying WSCP; in
1726 this case WSCP will be calculated as WLONG*SCALSCP.
1727
1728 \item{SCAL14=number} (real) (1.0d0) --
1729 scaling factor of the 1,4 SC-p interactions.
1730
1731 \item{CUTOFF} (7.0) -- cut-off on backbone-electrostatic interactions to compute 4-
1732 and higher-order correlations.
1733
1734 \item{DELT\_CORR} (0.5) - thickness of the distance range in which the energy is
1735 decreased to zero.
1736
1737 \end{description}
1738
1739 The defaults are NOT the recommended values. No ``working'' default values 
1740 have been set, because the force field is still under development. The values 
1741 corresponding to the force fields listed in section 4 are as follows:
1742
1743 CASP3:
1744 \begin{verbatim}
1745 WELEC=1.5 WSTRAIN=1.0 WTOR=0.08617 WANG=0.10384 WSCLOC=0.10384 WCORR=1.5       &
1746 WTURN3=0 WTURN4=0 WTURN6=0 WEL_LOC=0 WCORR5=0 WCORR6=0 SCAL14=0.40 SCALSCP=1.0 &
1747 CUTOFF=7.00000 WSCCOR=0.0
1748 \end{verbatim}
1749
1750 ALPHA:
1751 \begin{verbatim}
1752 WSC=1.00000 WSCP=0.72364 WELEC=1.10890 WANG=0.68702 WSCLOC=1.79888             &
1753 WTOR=0.30562 WCORRH=1.09616 WCORR5=0.17452 WCORR6=0.36878 WEL_LOC=0.19508      &
1754 WTURN3=0.00000 WTURN4=0.55588 WTURN6=0.11539 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.0000      &
1755 WTORD=0.0 WSCCOR=0.0
1756 \end{verbatim}
1757
1758 BETA:
1759 \begin{verbatim}
1760 WSC=1.00000 WSCP=1.10684 WELEC=0.70000 WANG=0.80775 WSCLOC=1.91939             &
1761 WTOR=3.36070 WCORRH=2.50000 WCORR5=0.99949 WCORR6=0.46247 WEL_LOC=2.50000      &
1762 WTURN3=1.80121 WTURN4=4.35377 WTURN6=0.10000 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000     &
1763 WSCCOR=0.0
1764 \end{verbatim}
1765
1766 ALPHABETA:
1767 \begin{verbatim}
1768 WSC=1.00000 WSCP=1.43178 WELEC=0.41501 WANG=0.37790 WSCLOC=0.12880             &
1769 WTOR=1.98784 WCORRH=2.50526 WCORR5=0.23873 WCORR6=0.76327 WEL_LOC=2.97687      &
1770 WTURN3=0.09261 WTURN4=0.79171 WTURN6=0.01074 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000     &
1771 WSCCOR=0.0
1772 \end{verbatim}
1773
1774 CASP5:
1775 \begin{verbatim}
1776 WSC=1.00000 WSCP=1.54864 WELEC=0.20016 WANG=1.00572 WSCLOC=0.06764             &
1777 WTOR=1.70537 WTORD=1.24442 WCORRH=0.91583 WCORR5=0.00607 WCORR6=0.02316        &
1778 WEL_LOC=1.51083 WTURN3=2.00764 WTURN4=0.05345 WTURN6=0.05282 WSCCOR=0.0        &
1779 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000 WSCCOR=0.0
1780 \end{verbatim}
1781
1782 3P:
1783 \begin{verbatim}
1784 WSC=1.00000 WSCP=2.85111 WELEC=0.36281 WANG=3.95152 WSCLOC=0.15244             &
1785 WTOR=3.00008 WTORD=2.89863 WCORRH=1.91423 WCORR5=0.00000 WCORR6=0.00000        &
1786 WEL_LOC=1.72128 WTURN3=2.99827 WTURN4=0.59174 WTURN6=0.00000                   &
1787 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000 WSCCOR=0.0
1788 \end{verbatim}
1789
1790 4P:
1791 \begin{verbatim}
1792 WSC=1.00000 WSCP=2.73684 WELEC=0.06833 WANG=4.15526 WSCLOC=0.16761             &
1793 WTOR=2.99546 WTORD=2.89720 WCORRH=1.98989 WCORR5=0.00000 WCORR6=0.00000        &
1794 WEL_LOC=1.60072 WTURN3=2.36351 WTURN4=1.34051 WTURN6=0.00000                   &
1795 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000 WSCCOR=0.0
1796 \end{verbatim}
1797
1798 GAB:
1799 \begin{verbatim}
1800 WLONG=1.35279 WSCP=1.59304 WELEC=0.71534 WBOND=1.00000 WANG=1.13873            &
1801 WSCLOC=0.16258 WTOR=1.98599 WTORD=1.57069 WCORRH=0.42887 WCORR5=0.00000        &
1802 WCORR6=0.00000 WEL_LOC=0.16036 WTURN3=1.68722 WTURN4=0.66230 WTURN6=0.00000    &
1803 WVDWPP=0.11371 WHPB=1.00000                                                    &
1804 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000
1805 \end{verbatim}
1806
1807 E0G:
1808 \begin{verbatim}
1809 WLONG=1.70905 WSCP=2.18310 WELEC=1.06684 WBOND=1.00000 WANG=1.17536            &
1810 WSCLOC=0.22070 WTOR=2.65798 WTORD=2.00646 WCORRH=0.23541 WCORR5=0.00000        &
1811 WCORR6=0.00000 WEL_LOC=0.42789 WTURN3=1.68126 WTURN4=0.75080 WTURN6=0.00000    &
1812 WVDWPP=0.27044 WHPB=1.00000 WSCP14=0.00000                                     &
1813 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000
1814 \end{verbatim}
1815
1816 E0LL2Y:
1817 \begin{verbatim}
1818 WLONG=1.00000 WSCP=1.23315 WELEC=0.84476 WBOND=1.00000 WANG=0.62954            &
1819 WSCLOC=0.10554 WTOR=1.84316 WTORD=1.26571 WCORRH=0.19212 WCORR5=0.00000        &
1820 WCORR6=0.00000 WEL_LOC=0.37357 WTURN3=1.40323 WTURN4=0.64673 WTURN6=0.00000    &
1821 WVDWPP=0.23173 WHPB=1.00000 WSCCOR=0.0                                         &
1822 CUTOFF=7.00000 WCORR4=0.00000
1823 \end{verbatim}
1824
1825 \subsubsection{Input and/or reference PDB file name}
1826 \label{sect:input:main:PDB}
1827
1828 (Text format; subroutine MOLREAD.)
1829
1830 If PDBSTART or PDBREF was specified in the control card, this line contains
1831 the PDB file name. Trailing slashes to specify the full path are permitted.
1832 The file name can contain up to 64 characters.
1833
1834 \subsubsection{Amino-acid sequence}
1835 \label{sect:input:main:sequence}
1836
1837 (Mixed format.)
1838
1839 This data appears, if PDBSTART was not specified, otherwise must not be present
1840 because the sequence would be taken from the PDB file. The first line contains
1841 the number of amino-acid residues, including the end groups (free format),
1842 the next lines contain the sequence in 20(1X,A3) format for the three-letter
1843 or 80A1 format for the one-letter code. There are two types of end-groups:
1844 Gly (three-letter code) or G (one-letter code), if an end group contains a full
1845 peptide bond (e.g., the acetyl N-terminal group or the carboxyamide C-terminal 
1846 group) and D (in the three-letter code) or X (in the one-letter code), if the 
1847 end group does not contain a peptide group (e.g., the NH2 N-terminal end group 
1848 or the COOH C-terminal end group). (Note the Gly or G also denotes the regular
1849 glycine residue, if found in the middle of a chain).
1850 In the second case the end group is considered as a ``dummy'' group and serves
1851 only to define the first (last) virtual-bond dihedral angle $\gamma$ for the
1852 first (last) full amino-acid residue.
1853
1854 Consider, for example, the Ac-Ala(19)-NHMe polypeptide. The three-letter code
1855 input will look like this:
1856
1857 \begin{verbatim}
1858 21
1859  Gly Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala
1860  Gly
1861 \end{verbatim}
1862
1863 And the one-letter code input will be:
1864
1865 \begin{verbatim}
1866 21
1867 GAAAAAAAAAAAAAAAAAAAG
1868 \end{verbatim}
1869
1870 If the sequence is changed to NH3(+)-Ala(19)-COO(-),  the inputs will look
1871 like this:
1872
1873 \begin{verbatim}
1874 21
1875  D   Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala
1876  D  
1877 \end{verbatim}
1878
1879 and
1880
1881 \begin{verbatim}
1882 21
1883 XAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX
1884 \end{verbatim}
1885
1886 The sequence input is case-insensitive, because the present version of UNRES 
1887 considers each amino-acid residue as an L-residue (there are no torsional 
1888 parameters for the combinations of the D- and L-residues yet). Furthermore,
1889 each peptide group is considered as a trans group.
1890
1891 If the version of UNRES has multi-chain capacity, placing a dummy residue
1892 inside the sequence indicates start of a new chain. For example, a system
1893 composed of two Ala(10) chains can be specified as follows (3-letter code):
1894
1895 \begin{verbatim}
1896 23
1897  D   Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala D   Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala
1898  Ala Ala D
1899 \end{verbatim}
1900
1901 or (1-letter code)
1902
1903 \begin{verbatim}
1904 23
1905 XAAAAAAAAAAXAAAAAAAAAAX
1906 \end{verbatim}
1907
1908 \subsubsection{Disulfide-bridge information}
1909 \label{sect:input:main:disulphide}
1910
1911 (Free format; subroutine READ\_BRIDGE.)
1912
1913 1st line:
1914
1915 NS,(ISS(i),i=1,NS)
1916
1917 \begin{description}
1918
1919 \item{NS} -- the number of half-cystines (required even if no half-cystines are present).
1920
1921 \item{ISS(i)} -- the position of ith half-cystine in the sequence (starting from the
1922 N-terminal end group)
1923
1924 \end{description}
1925
1926 Next line(s) (present only, if $ns>0$ and must not appear otherwise):
1927
1928 NSS,(IHPB(i),JHPB(i),i=1,NSS)
1929
1930 \begin{description}
1931
1932 \item{NSS} -- the number of disulfide bridges; must not be greater than NS/2.
1933
1934 \item{IHPB(i),JHPB(i)} -- the cystine residue forming the ith bridge.
1935
1936 \end{description}
1937
1938 The program will check, whether the residues specified in the ISS list 
1939 are cystines and terminate with error, if any of them is not. The program
1940 also checks, if the numbers from the IHPB and the JHPB lists have appeared
1941 in the ISS list.
1942
1943 \subsubsection{Dihedral-angle restraint data}
1944 \label{sect:input:main:dihedral-restraints}
1945
1946 (Free format; subroutine MOLREAD.)
1947
1948 This set of data specifies the harmonic constraints (if any) imposed on selected
1949 virtual-bond dihedral angles $\gamma$.
1950
1951 1st line:
1952
1953 \begin{description}
1954
1955 \item{NDIH\_CONSTR} -- the number of restrained $\gamma$ angles (required even if no
1956 restrains are applied).
1957
1958 \end{description}
1959
1960 2nd line (present only, if NDIH\_CONSTR$>$0; must not appear otherwise):
1961 FTORS - the force constant expressed in kcal/(mol*rad**2)
1962
1963 next NDIH\_CONSTR lines (present only, if NDIH\_CONSTR$>$0):
1964
1965 IDIH\_CONSTR(i),PHI0(i),DRANGE(i)
1966
1967 \begin{description}
1968
1969 \item{IDIH\_CONSTR(i)} -- the number of ith restrained $\gamma$ angle. The angles are 
1970 numbered after the LAST $\alpha$-carbons. Thus, the first ``real'' angle has number 
1971 4 and it corresponds to the rotation about the CA(2)-CA(3) virtual-bond axis
1972 and the last angle has the number NRES and corresponds to the rotation about
1973 the CA(NRES-2)-CA(NRES-1) virtual-bond axis. 
1974
1975 \item{PHI0(i)} -- the ``center'' of the restraint (expressed in degrees).
1976
1977 \item{DRANGE(i)} -- the ``flat well'' range of the restraint (in degrees).
1978
1979 \end{description}
1980
1981 The restraint energy for the ith restrained angle is expressed as:
1982
1983 \begin{displaymath}
1984 E_{dih} = \begin{cases}
1985 \rm FTORS\times(\gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}-PHI0(i)+DRANGE(i))^2&\mbox{if}\ \ \rm \gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}\\
1986                                                              &<PHI0(i)+DRANGE(i)\\
1987 \\
1988 0                            &\rm if\ \ PHI0(i)-DRANGE(i) \\
1989                              &\le \gamma_{IDIH\_CONSTR(i)} \\
1990                              &\le PHI0(i)+DRANGE(i)\\
1991 \\
1992 \rm FTORS\times(\gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}-PHI0(i)+DRANGE(i))^2&\mbox{if}\ \ \rm \gamma_{IDIH\_CONSTR(i)}\\
1993                                                              &>PHI0(i)+DRANGE(i)
1994 \end{cases}
1995 \end{displaymath}
1996
1997 Applying dihedral-angle constraints also implies that for ith constrained
1998 $\gamma$ angle the sampling be carried out from the 
1999 [PHI0(i)-DRANGE(i)..PHI0(i)+DRANGE(i)] interval and not from the $[-\pi..\pi]$
2000 interval, if random conformations are generated. If only this and not 
2001 restrained minimization is required, just set FTORS to 0.
2002
2003 \subsubsection{Distance restraints}
2004 \label{sect:input:main:disance-restraints}
2005
2006 (Mixed format; subroutine READ\_DIST\_CONSTR.)
2007
2008 Restraints are imposed on C$^\alpha\cdots$C$^\alpha$ SC$\cdots$SC distances (C$^\beta\cdots$C$^\beta$.
2009
2010 \begin{description}
2011
2012 \item{NDIST=number} (integer) (0) -- number of restraints on specific distances.
2013
2014 \item{NFRAG=number} (integer) (0) -- number of distance-restrained protein segments.
2015
2016 \item{NPAIR=number} (integer) (0) -- number of distance-restrained pairs of segments.
2017  Specifying NPAIR requires specification of segments.
2018
2019 \item{IFRAG=start(1),end(1),start(2),end(2)...start(NFRAG),end(NFRAG)} (integers) --
2020 First and last residues of the distance restrained segments.
2021
2022 \item{WFRAG=w(1),w(2),...,w(NFRAG) (reals)} -- force constants or bases for force 
2023 constant calculation corresponding to fragment restraints.
2024
2025 \item{IPAIR=start(1),end(1),start(2),end(2),...,start(NPAIR),end(NPAIR)} (integers)
2026 -- numbers of segments (consecutive numbers of start or end pairs in IFRAG
2027 specification), the distances between which will be restrained.
2028
2029 \item{WPAIR=w(1),w(2),...,w(NFRAG)} (reals) -- force constants or bases for force
2030 constant calculation corresponding to pair restraints.
2031
2032 \item{DIST\_CUT=number} (real) (5.0) -- the cut-off distance in angstroms for force-
2033 constant calculations.
2034
2035 The force constants within fragments/between pairs of fragments are calculated
2036 depending on the value of DIST\_CONSTR described in section 5.1:
2037
2038 \begin{description}
2039
2040 \item{1} -- all force constants are equal to the respective entries of WFRAG/WPAIR
2041
2042 \item{2} -- the force constants are equal to the respective entries of WFRAG/WPAIR
2043     when the distance between the C$^\alpha$ atoms in the reference structure
2044     $\le$D\_CUT, 0 otherwise.
2045
2046 \item{3} -- the force constants are calculated from the formula:
2047
2048 \end{description}
2049
2050 \item{$k(C^\alpha_j,C^\alpha_k)=W\times\exp{-[d(C^\alpha_j,C^\alpha_k)/DIST\_CUT)]^2/2}$}
2051
2052 where $k(C^\alpha_j,C^\alpha_k)$ is the force constant between the respective C$^\alpha$ atoms,
2053 $d(C^\alpha_j,C^\alpha_k)$ is the distance between these C$^\alpha$ atoms in the reference
2054 structure, and W is the basis for force-constant calculation (see above).
2055
2056 \end{description}
2057
2058 The above restraints are harmonic resatraints of the form 
2059
2060 \begin{displaymath}
2061 E_{dis} = \sum_i k_i \left(d_i - d_i^{ref}\right)^2
2062 \end{displaymath}
2063
2064 where $d_i$ is the distance in the calculated structure and $d_i^{ref}$ is the respective
2065 distance in the reference (PDB) structure. The reference structure is required.
2066
2067 If NDIST$>$0, the restraints on specific distance are input explicitly (no reference structure is requires).
2068 The restraints are quartic restraints of a similar form as that in section 
2069 \ref{sect:input:main:dihedral-restraints} but with angles replaced with distances.
2070
2071 ihpb(i), jhpb(i), dhpb(i), dhpb1(i), ibecarb(i), forcon(i), i=1,NDIST
2072
2073 \begin{description}
2074
2075 \item{ihpb(i)} and jhpb(i) are the numbers of the residues the distance
2076 between the C$^\alpha$ atoms of which will be distance restrained, 
2077
2078 \item{dhpb(i)} and dhpb1(i) are the lower and upper distance-restraint, 
2079
2080 \item{ibecarc(i)} is the restraint-type flag;
2081 ibecarb(i)==0 indicates that the restraints are imposed on the 
2082 C$^\alpha\cdots$C$^\alpha$ distances; otherwise restraints on the 
2083 SC$\cdots$SC distances are imposed, 
2084
2085 \item{forcon(i)}
2086 is the respective force constant.
2087
2088 \end{description}
2089
2090 \subsubsection{Internal coordinates of the reference structure}
2091 \label{sect:input:main:internalref}
2092
2093 (Free format; subroutine READ\_ANGLES.)
2094
2095 This part of the data is present, if REFSTR, but not PDBREF was specified, 
2096 otherwise must not appear. It contains the following group of variables:
2097
2098 \begin{description}
2099 \item{(THETA(i),i=3,NRES)} -- the virtual-bond valence angles THETA.
2100 \item{(PHI(i),i=4,NRES)}   -- the virtual-bond dihedral angles GAMMA.
2101 \item{(ALPH(i),i=2,NRES-1)} -- the ALPHA polar angles of consecutive side chains.
2102 \item{(OMEG(i),i=2,NRES-1)} -- the BETA polar angles of consecutive side chains.
2103 \end{description}
2104
2105 ALPHA(i) and OMEG(i) correspond to the side chain attached to CA(i). THETA(i)
2106 is the CA(i-2)-CA(i-1)-CA(i) virtual-bond angle and PHI(i) is the
2107 CA(i-3)-CA(i-2)-CA(i-1)-CA(i) virtual-bond dihedral angle $\gamma$.
2108
2109 \subsubsection{Internal coordinates of the initial conformation}
2110 \label{sect:input:main:intcoord}
2111
2112 (Free format; subroutine READ\_ANGLES.)
2113
2114 This part of the data is present, if RAND\_CONF, MULTCONF, THREAD, or PDBSTART
2115 were not specified, otherwise must not appear. This input is as in section \ref{sect:support}.
2116
2117 \paragraph{File name with internal coordinates of the conformations to be processed}
2118 \label{sect:input:main:intcord:files}
2119
2120 (Text format; subroutine MOLREAD.)
2121
2122 This data is present only, if MULTCONF was specified. It contains the name of
2123 the file with the internal coordinates. Up to 64 characters are allowed.
2124 The structure of the file is that of the *.int file produced by UNRES/CSA.
2125 See section ``The structure of the INT files'' for details.
2126
2127 \subsubsection{Control data for energy map construction}
2128 \label{sect:input:main:map}
2129
2130 (Data list format; subroutine MAP\_READ.)
2131
2132 These data lists appear, if NMAP=n was specified, where n is the number of
2133 variables that will be grid-searched. One list is per one variable or a
2134 group of variables set equal (see below):
2135
2136 \begin{description}
2137 \item{PHI} -- the variable is a virtual-bond dihedral angle $\gamma$.
2138 \item{THE} -- the variable is a virtual-bond angle $\theta$.
2139 \item{ALP} -- the variable is a side-chain polar angle $\alpha$.
2140 \item{OME} -- the variable is a side-chain polar angle $\beta$.
2141 \end{description}
2142
2143 \begin{description}
2144 \item{RES1=number} (integer)
2145 \item{RES2=number} (integer)
2146 \end{description}
2147
2148 The range of residues for which the values will be set; all these variables
2149 will be set at the same value. It is required that RES2$>$RES1.
2150
2151 \begin{description}
2152 \item{FROM=angle} (real)
2153 \item{TO=angle} (real)
2154 \end{description}
2155
2156 Lower and upper limit of scanning in grid search (in degrees)
2157
2158 \begin{description}
2159 \item{NSTEP=number} (integer)
2160 \end{description}
2161
2162 Number of steps in scanning along this variable/group of variables.
2163
2164 \subsection{Input coordinate files}
2165 \label{sect:input:coordfiles}
2166
2167 (Text format; subroutine MOLREAD.)
2168
2169 At present, geometry can be input either from the external files in the PDB 
2170 format (with the PDBSTART option) or multiple conformations can be read
2171 as virtual-bond-valence and virtual-bond dihedral angles when the MULTCONF
2172 option is used (the latter, however, implies using standard virtual-bond
2173 lengths as initial values). The structure of internal-coordinate files
2174 is the same as that of output internal-coordinate files described in section
2175 9.1.1.
2176
2177 \subsection{Other input files}
2178 \label{sect:input:otherfiles}
2179
2180 CSA parameters can optionally be read in free format from file INPUT.CSA.in
2181 (see section 8.1.4). When a CSA run is restarted, the CSA-specific output files 
2182 also serve as input files. INPUT is the prefix of input and output files
2183 as explained in section \ref{sect:command}.
2184
2185 Restart files for MD and REMD simulations. They are read when the keyword 
2186 RESTART appears on the MD/REMD data group (section \ref{sect:input:main:MD}).
2187
2188 \newpage
2189
2190 \section{OUTPUT FILES}
2191 \label{sect:output}
2192
2193 UNRES ``main'' output files (INPUT.out\_\$\{POT\}[processor]) are log files from
2194 a run. They contain the information of the molecule, force field, calculation
2195 type, control parameters, etc.; however, not the structures produced during
2196 the run or their energies except single-point energy evaluation and 
2197 minimization-related runs. The structural information is included in 
2198 coordinate files (*.int, *.x, *.pdb, *.mol2, *.cx) and statistics files (*.stat), 
2199 respectively; these files are further processed by other programs (WHAM, 
2200 CLUSTER) or can be viewed by molecular viewers (pdb or mol2 files).
2201
2202 \subsection{Coordinate files}
2203 \label{sect:output:coord}
2204
2205 \subsubsection{The internal coordinate (INT) file}
2206 \label{sect:output:coord:int}
2207     
2208 This file contains the internal coordinates of the conformations produced 
2209 by UNRES in non-MD runs. The virtual-bond lengths are assumed constant so
2210 only the angular variables are provided.
2211
2212 IT,ENER,NSS,(IHPB(I),JHPB(I),I=1,NSS)\\
2213 (I5,F12.5,I2,9(1X,2I3))
2214
2215 \begin{description}
2216 \item{IT} -- the number of the conformation.
2217 \item{ENER} -- total energy.
2218 \item{NSS} -- the number of disulfide bridges.
2219 \item{(IHPB(I),JHPB(I),I=1,NSS)} -- the positions of the pairs of half-cystines .
2220 forming the bridges. If NSS$>9$9, the remaining pairs are written in the 
2221 following lines in the (3X,11(1X,2I3)) format.
2222 \end{description}
2223
2224 (THETA(I),I=3,NRES)\\
2225 (8F10.4)
2226
2227 The virtual-bond angles THETA (in degrees)
2228
2229 (PHI(I),I=4,NRES)\\
2230 (8F10.4)
2231
2232 The virtual-bond dihedral angles GAMMA (in degrees)
2233
2234 (ALPH(I),I=2,NRES-1)\\
2235 (OMEG(I),I=2,NRES-1)\\
2236 (8F10.4)
2237
2238 The polar angles ALPHA and BETA of the side-chain centers (in degrees).
2239
2240 \subsubsection{The plain Cartesian coordinate (X) files} 
2241 \label{sect:output:coord:cart}
2242
2243 (Subroutine CARTOUT.)
2244
2245 This file contains the Cartesian coordinates of the $\alpha$-carbon and
2246 side-chain-center coordinates. All conformations from an MD/MREMD
2247 trajectory are collated to a single file. The structure of each
2248 conformation's record is as follows:
2249
2250 1st line: time, potE, uconst, t\_bath,nss, (ihpb(j), jhpb(j), j=1,nss),
2251 nrestr, (qfrag(i), i=1,nfrag), (qpair(i), i=1,npair),
2252 (utheta(i), ugamma(i), uscdiff(i), i=1,nfrag\_back)
2253
2254 \begin{description}
2255 \item{time:} MD time (in ``molecular time units'' 1 mtu = 4.89 fs),
2256 \item{potE:} potential energy,
2257 \item{uconst:} restraint energy corresponding to restraints on Q and backbone geometry,
2258 (see section \ref{sect:input:main:MD}),
2259 \item{t\_bath:} thermostat temperature,
2260 \item{nss:} number of disulfide bonds,
2261 \item{ihpb(j), jhpb(j):} the numbers of linked cystines for jth disulfide bond,
2262 \item{nrestr:} number of restraints on q and local geometry,
2263 \item{qfrag(i):} q value for ith fragment,
2264 \item{qpair(i):} q value for ith pair,
2265 \item{utheta(i):} sum of squares of the differences between the theta angles 
2266    of the current conformation from those of the experimental conformation,
2267 \item{ugamma(i):} sum of squares of the differences beaten the gamma angles 
2268    of the current conformation from those of the experimental conformation,
2269 \item{uscdiff(i):} sum of squares of the differences between the Cartesian difference
2270    of the unit vector of the C$^\alpha$-SC axis of the current conformation from 
2271    those of the experimental conformation.
2272 \end{description}
2273
2274 Next lines: Cartesian coordinates of the C$^\alpha$ atoms (including dummy atoms)
2275 (sequentially, 10 coordinates per line)
2276 Next lines: Cartesian coordinates of the SC atoms (including glycines and
2277 dummy atoms) (sequentially, 10 coordinates per line)
2278
2279 \subsubsection{The compressed Cartesian coordinate (CX) files}
2280 \label{sect:output:coord:cx}
2281
2282 These files are compressed binary files (extension cx). For each conformation, 
2283 the items are written in the same order as specified in section \ref{sect:output:coord:cx}. For 
2284 MREMD runs, if TRAJ1FILE is specified on MREMD record (see section \ref{sect:input:main:MD}),
2285 snapshots from all trajectories are written every time the coordinates
2286 are dumped. Thus, the file contains snapshot 1 from trajectory 1, ...,
2287 snapshot 1 from trajectory M, snapshot 2 from trajectory 1, ..., etc.
2288
2289 The compressed cx files can be converted to pdb file by using the xdrf2pdb
2290 auxiliary program (single trajectory files) or xdrf2pdb-m program (multiple
2291 trajectory files from MREMD runs generated by using the TRAJ1FILE option).
2292 The multiple-trajectory cx files are also input files for the auxiliary
2293 WHAM program.
2294
2295 \subsubsection{The Brookhaven Protein Data Bank format (PDB) files}
2296 \label{sect:output:coord:PDB}
2297
2298 (Subroutine PDBOUT.)
2299
2300 \sloppy
2301 These files are written in PDB standard (see. e.g., 
2302 \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}.
2303 The REMARK, ATOM, SSBOND, HELIX, SHEET, CONECT, TER, and ENDMDL are used.
2304 The C$^\alpha$ (marked CA) and SC (marked CB) coordinates are output. The CONECT
2305 records specify the C$^\alpha\cdots$C$^\alpha$ and C$^\alpha\cdots$SC virtual bonds. Secondary
2306 structure is detected based on peptide-group contacts, as specified in 
2307 ref 12. Dummy residues are omitted from the output. If the program has
2308 multiple-chain function, the presence of a dummy residue in a sequence 
2309 starts a new chain, which is assigned the next alphabet letter as ID, and
2310 residue numbering is started over.
2311
2312 \subsubsection{The SYBYLL (MOL2) files}
2313 \label{sect:output:coord:subyll}
2314
2315 See the description of mol2 format (e.g., 
2316 \href{http://tripos.com/data/support/mol2.pdf}{http://tripos.com/data/support/mol2.pdf}. 
2317 Similar remarks apply as for
2318 the PDB format (section \ref{sect:output:coord:PDB}). 
2319
2320 \subsection{The summary (STAT) file}
2321
2322 \subsubsection{Non-MD runs}
2323
2324 This file contains a short summary of the quantities characterizing the
2325 conformations produced by UNRES/CSA. It is created for MULTCONF and MCM.
2326
2327 NOUT,EVDW,EVDW2,EVDW1+EES,ECORR,EBE,ESCLOC,ETORS,ETOT,RMS,FRAC\\
2328 (I5,9(1PE14.5))
2329
2330 \begin{description}
2331 \item{NOUT} -- the number of the conformations
2332 \item{EVDW,EVDW2,EVDW1+EES,ECORR,EBE,ESCLOC,ETORS} -- energy components
2333 \item{ETOT} -- total energy
2334 \item{RMS} -- RMS deviation from the reference structure (if REFSTR was specified)
2335 \item{FRAC} -- fraction of side chain - side chain contacts of the reference 
2336        structure present in this conformation (if REFSTR was specified)
2337 \end{description}
2338
2339 \subsubsection{MD and MREMD runs}
2340 \label{sect:output:coord:MD}
2341
2342 Each line of the stat file generated by MD/MREMD runs contains the following
2343 items in sequence:
2344
2345 \begin{description}
2346 \item{step}   -- the number of the MD step 
2347 \item{time}   -- time [unit is MTU (molecular time unit) equal to 48.9 fs]        
2348 \item{Ekin}   -- kinetic energy [kcal/mol]        
2349 \item{Epot}   -- potential energy [kcal/mol]
2350 \item{Etot}   -- total energy (Ekin+Epot)
2351 \item{H-H0}   -- the difference between the cureent and initial extended Hamiltionian
2352          in Nose-Hoover or Nose-Poincare runs; not present for other thermostats.
2353 \item{RMSD}   -- root mean square deviation from the reference structure (only in 
2354          REFSTR has been specified)
2355 item{damax}  -- maximum change of acceleration between two MD steps
2356 \item{fracn}  -- fraction of native side-chain concacts (very crude, based on 
2357          SC-SC distance only)
2358 \item{fracnn} -- fraction of non-native side-chain contacts
2359 \item{co}     -- contact order
2360 \item{temp}   -- actual temperature [K]    
2361 \item{T0}     -- initial (microcanonical runs) or thermostat (other run types) 
2362          temperature [K] 
2363 \item{Rgyr}   -- radius of gyration based on C$^\alpha$ coordinates [A]   
2364 \item{proc}   -- in MREMD runs the number of the processor (the number of the 
2365          trajectory less 1); not present for other runs. 
2366 \end{description}
2367
2368 For an USAMPL run, the following items follow the above list:
2369
2370 \begin{description}
2371 \item{iset}   -- the number of the restraint set
2372 \item{uconst} -- restraint energy pertaining to q-values 
2373 \item{uconst\_back} -- restraint energy pertaining to virtual-backbone restraints
2374 \item{(qfrag(i),i=1,nfrag)} -- q values of the specified fragments
2375 \item{(qpair(ii2),ii2=1,npair)} -- q values of the specified pairs of fragments
2376 \item{(utheta(i),ugamma(i),uscdiff(i),i=1,nfrag\_back)} -- virtual-backbone and
2377       side-chain-rotamer restraint energies of the fragments specified
2378 \end{description}
2379
2380 If PRINT\_COMPON has been specified, the energy components are printed
2381 after the items described above.
2382
2383 \subsection{CSA-specific output files}
2384 \label{sect:output:coord:CSA}
2385
2386 There are several output files from the CSA routine:
2387 INPUT.CSA.seed, INPUT.CSA.history, INPUT.CSA.bank, INPUT.CSA.bank1, 
2388 INPUT.CSA.rbank INPUT.CSA.alpha, INPUT.CSA.alpha1.
2389
2390 The most informative outfile is INPUT.CSA.history. This file first write down 
2391 the parameters in INPUT.CSA.csa file. Later it shows the energies of random 
2392 minimized conformations in its generation. After sorting the First\_bank
2393 in energy (ascending order), the energies of the First\_bank is re-written here.
2394 After this the output looks like:
2395
2396 \begin{verbatim}
2397    1   0     100  6048.2   1 100-224.124-114.346    202607  100  100
2398    1   0     700  5882.6   2  29-235.019-203.556   1130308  100  100
2399    1   0    1300  5721.5   2  18-242.245-212.138   2028008  100  100
2400    1   0    1900  5564.8  13  54-245.185-218.087   2897988   98  100
2401    1   0    2500  5412.4  13  61-246.214-222.068   3706478   97  100
2402    1   0    3100  5264.2  13  89-248.715-224.939   4514196   96  100
2403 \end{verbatim}
2404
2405 Each line is written between each iteration (just after selection
2406 of seed conformations) containing following data:
2407 jlee,icycle,nstep,cutdif,ibmin,ibmax,ebmin,ebmax,nft,iuse,nbank
2408 ibmin and ibmax lists the index of bank conformations corresponding to the
2409 lowest and highest energies with ebmin and ebmax.
2410 nft is the total number of function evaluations so far.
2411 iuse is the total number of conformations which have not been used as seeds
2412 prior to calling subroutine select\_is which select seeds.
2413
2414 Therefore, in the example shown above, one notes that so far 3100 
2415 minimizations has been performed corresponding to the total of  4514196
2416 function evaluations. The lowest and highest energy in the Bank is 
2417 -248.715 (\#13) and -224.939 (\#89), respectively. The number of conformations
2418 already used as seeds (not including those selected as seeds in this iteration)
2419 so far is 4 (100-96).
2420
2421 The files INPUT.CSA.bank and INPUT.CSA.rbank contains data of Bank and
2422 First\_bank. For more information on these look subroutines  write\_bank
2423 and write\_rbank. The file INPUT.CSA.bank is overwritten between each
2424 iteration whereas Bank is accumulated in INPUT.CSA.bank1 (not for every
2425 iteration but as specified in the subroutine together.f).
2426
2427 The file INPUT.CSA.seed lists the index of the seed conformations with their
2428 energies. Files INPUT.CSA.alpha, INPUT.CSA.alpha1 are written only once
2429 at the beginning of the CSA run. These files contain some arrays used
2430 in CSA procedure.
2431
2432 \newpage
2433
2434 \section{TECHNICAL SUPPORT CONTACT INFORMATION}
2435 \label{sect:support}
2436
2437    Dr. Adam Liwo\\
2438    Faculty of Chemistry, University of Gdansk\\
2439    ul. Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk Poland.\\
2440    phone: +48 58 523 5124\\
2441    fax: +48 58 523 5012\\
2442    e-mail: \href{mailto:adam@sun1.chem.univ.gda.pl}{adam@sun1.chem.univ.gda.pl}\\
2443
2444    Dr. Cezary Czaplewski\\
2445    Faculty of Chemistry, University of Gdansk\\
2446    ul. Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk Poland.\\
2447    phone: +48 58 523 5126\\
2448    fax: +48 58 523 5012\\
2449    e-mail: \href{mailto:cezary.czaplewski@ug.edu.pl}{cezary.czaplewski@ug.edu.pl}\\
2450
2451    Dr. Adam Sieradzan\\
2452    Faculty of Chemistry, University of Gdansk\\
2453    ul. Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk Poland.\\
2454    phone: +48 58 523 5124\\
2455    fax: +48 58 523 5012\\
2456    e-mail: \href{mailto:adasko@sun1.chem.univ.gda.pl}{adasko@sun1.chem.univ.gda.pl}\\
2457
2458    Dr. Stanislaw Oldziej\\
2459    Intercollegiate Faculty of Biotechnology\\
2460    University of Gdansk, Medical University of Gdansk\\
2461    ul. Kladki 22, 80-922 Gdansk, Poland\\
2462    phone: +48 58 523 5361\\
2463    fax: +48 58 523 5472\\
2464    e-mail: \href{mailto:stan@biotech.ug.edu.pl}{stan@biotech.ug.edu.pl}\\
2465
2466    Dr. Jooyoung Lee\\
2467    Korea Institute for Advanced Study\\
2468    207-43 Cheongnyangni 2-dong, Dongdaemun-gu,\\
2469    Seoul 130-722, Korea\\
2470    phone: +82-2-958-3890\\
2471    fax: +82-2-958-3731\\
2472    email: \href={mailto:jlee@kias.re.kr}{jlee@kias.re.kr}
2473
2474 \small{
2475         Prepared by Adam Liwo and Jooyoung Lee, 7/17/99\\
2476         Revised by Cezary Czaplewski 1/4/01\\
2477         Revised by Cezary Czaplewski and Adam Liwo 8/26/03\\
2478         Revised by Cezary Czaplewski and Adam Liwo 11/26/11\\
2479         Revised by Adam Liwo 02/19/12\\
2480         LaTeX version by Adam Liwo 09/25/12\\
2481         revised by Adam Liwo 12/04/14
2482 }
2483 \end{document}