3D分子モデル作成ソフト Facio

C1280      Facioは、フリーの3D分子モデル作成ソフトです。分子軌道法を用いた構造最適化機能や複雑な分子のモデリングに必要な種々の機能を備えています。また、タンパク質の2次構造、4次構造の表示ができるようになるなど、 PDB(Protein Data Bank)形式の分子構造データの3D表示機能にも力を入れています。
なお、Facioという名称は、ラテン語の「私は作る」からとりましたので、発音は「ファキオ」としていただければ幸いです。

   最新バージョン(2012年1月22日公開)

     Facio 15.1.2 Full Package 
       Facio 15.1.2 Update 


Ver.11.8.1では、タンパク質のポイントミューテーション機能やGAMESSやGaussianの構造最適化
或いは遷移状態探索の途中の構造をアニメーションで表示する機能などを実装しました。

Ver.11.7.1
では、FMO計算によるフラグメント間の相互作用を2Dマップで表示する機能や
Rainbow Fragment表示機能を実装しました。

Ver.11.6.2は、11.6.1のminor bug fix versionです。
Ver.11.6.1では、水素原子の欠落したタンパク質のPDBファイルにATOMレコードとして水素原子を補完したり、
Alternate Locationを削除したりするPDBユーティリティを付けました。


Ver.11.5.1では、PIEDA可視化パネルが更に改良されました。

Ver.11.4.1では、FMO計算のPIEDA (Pair Interaction Energy Decomposition Analysis)の結果を
読み込み解析するための機能とTINKER-AMBER計算の入力ファイル作成機能を作りました。

Ver.11.3.1では、フラグメント作成のアルゴリズムを全面的に改良したほか、糖鎖の自動フラグメント作成、
PCM計算、多層FMO計算、FMO並列計算の設定などができるようになっています。

Ver.11.2.1では、MO法によるFMOフラグメントの構造最適化機能を実装しました。最適化は、各フラグメント内の分割点を常に固定し、水素原子のみ若しくは非水素原子も含めた全原子に対して行われます。指定した範囲の複数のフラグメントや全フラグメントの連続最適化もできます。
Ver.11.1.1では、FMOのためのGUIを実装しました。フラグメントの自動分割を行ったり、手動分割を対話的に行い、FMOの入力ファイルを自動的に生成します。また、タンパク質のような巨大で複雑な分子の部分構造をみるためのLocal Structure Viewerをつくりました。


下のスクリーンショットは、
Ver.10.7.1 で実装した機能で、20個までの分子軌道を同時に表示するものです。
各画面での分子の配向は、メイン画面での動きにシンクロします。

 

この他、Facioには、次のような量子化学計算の結果を可視化する機能があります。

    【 分子軌道の表示 】
STO-3G, PM3, AM1, MNDOによる分子軌道の表示が可能で、左の図は、ナフタレンのHOMOの様子です。
基底関数セットMINIを使うとランタノイドを含めた第6周期までの全ての元素について分子軌道が表示可能です。
    【 基準振動のアニメ表示 】
左のGifアニメは、ベンゼンの面外変角振動の様子です。Facioのアニメ表示では、もう少し活発に動きます。
Facioの配布アーカイブに基準振動のデータをサンプルとして同梱していますので、 GAMESSによる計算を行わなくても基準振動がどういうものか見ることができます。
   
溶媒排除表面にマッピングした静電ポテンシャル

   
   
【水の等電子密度表面】
(電子密度=0.065)

    【水の等静電ポテンシャル表面】
(静電ポテンシャル値= +0.052 と -0.052)

Facioには、複雑な分子のモデリングを容易にするため、次のような機能があります。
  1. GAMESSを用いた構造最適化
  2. PDB形式の分子構造ファイルを2つ読み込むことができる。
    更に、後から読み込んだ分子の相対位置や角度が調節できる。
  3. それぞれ別の分子の任意の二つの結合を直線上にならべることができる。
  4. 結合軸に沿ったグループの移動。
  5. 結合軸の周りのグループの回転。
  6. 結合角の変化に伴うグループの移動。
2、3、4の機能は右のアニメのようなものです。
 

分子モデリングの能力を確かめるため、海産毒であるシガトキシンのモデルを作ってみました。
Ciguatoxin

【溶媒排除表面の表示】
Solvent Excluded Surface   トリプトファンの溶媒排除表面。
計算は、MSMSにより行っています。

(MSMSの参考文献)
Sanner, M.F., Spehner, J.-C., and Olson, A.J. (1996) Reduced surface:
an efficient way to compute molecular surfaces. Biopolymers, Vol. 38.,
(3), 305-320.

http://www.scripps.edu/~sanner

【タンパク質の高次構造の色分け表示】
尚、このページ及びFacioの配布アーカイブに含まれるPDBファイルの参考文献は こちらです。
 
PDB ID: 1CX8   PDB ID: 1CX8
2次構造表示(赤:Helix 黄:Sheet)   4次構造表示

【ポリペプチドのモデル作成】
Ver.7.0.1では、TINKERと連携してポリペプチドのモデルが簡単に作成できるようになりました。
Alpha Helix   Beta Turn
α-へリックス   β-ターン

【糖鎖のモデル作成】
スタキオース   Ver.7.5.1では、糖鎖のモデリングができるようになりました。 8 x 2 種類のピラノースと8 x 2 種類のフラノースから誘導される16 x 2 種類のグリコシル基を用意しました。
オリゴ糖 スタキオース    

【核酸のモデル作成】
DNA   Ver. 8.3.1では、Tinker と連携して核酸のモデリングができるようになりました。
ただし、Tinkerのnucleic.exeにはバグがあるため、Z型の構造で塩基対間にぶつかり合いが見られます。
DNA : d(AGCTAGCTAGCT) のB型二重らせん構造    


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