Polarizable atomic multipole water model for molecular mechanics simulation

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 107, Issue 24, 2003, Pages 5933-5947

  Ren, Pengyu ^a   Ponder, Jay W ^a  

^a WASHINGTON UNIVERSITY SCHOOL OF MEDICINE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATOMS; COMPUTER SIMULATION; ELECTROSTATICS; MOLECULAR DYNAMICS; POLARIZATION; POTENTIAL ENERGY; QUANTUM THEORY; THERMODYNAMIC PROPERTIES;

MOLECULAR MECHANICS SIMULATION; POLARIZABLE ATOMIC MULTIPOLE WATER; REPULSION-DISPERSION EFFECTS;

WATER;

EID: 0037899660     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp027815+     Document Type: Article

References (156)

1. Burkert, U.; Allinger, N. L. Molecular Mechanics; American Chemical Society: Washington DC, 1982.
2. Bernal, J. D.; Fowler, R. H. J. Chem. Phys. 1933, 1, 515.
3. Finney, J. L. J. Mol. Liq. 2001, 90, 303.
4. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
5. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. Interaction Models for Water in Relation to Protein Hydration. In Intermolecular Forces; Pullman, B., Ed.: D. Reidel Publishing Company: Dordrecht, 1981; p 331.
6. Mahoney, M. W.; Jorgensen, W. L. J. Chem. Phys. 2000, 112, 8910.
7. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269.
8. Halgren, T. A.; Damm, W. Curr. Opin. Struc. Biol. 2001, 11, 236.
9. Rick, S. W.; Stuart, S. J. Rev. Comput. Chem. 2002, 18, 89.
10. Williams, D. E. J. Comput. Chem. 1988, 9, 745.
11. Vesely, F. J. J. Comput. Phys. 1977, 24, 361.
12. Rappé, A. K.; Goddard, W. A., III. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3358.
13. Rick, S. W.; Stuart, S. J.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1994, 101, 6141.
14. Stern, H. A.; Rittner, F.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Chem. Phys. 2001, 115, 2237.
15. Guillot, B.; Guissani, Y. J. Chem. Phys. 2001, 114, 6720.
16. Barnes, P.; Finney, J. L.; Nicholas, J. D.; Quinn, J. E. Nature 1979, 282, 459.
17. Stillinger, F. H.; David, C. W. J. Chem. Phys. 1978, 69, 1473.
18. Matsuoka, O.; Clementi, E.; Yoshimine, M. J. Chem. Phys. 1976, 64, 1351.
19. Corongiu, G. Int. J. Quantum. Chem. 1992, 42, 1209.
20. Sprik, M.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1988, 89, 7756.
21. Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 6208.
22. Applequist, J.; Carl, J. R.; Fung, K.-K. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 2952.
23. Bode, K. A.; Applequist, J. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17820.
24. Bernardo, D. N.; Ding, Y.; Krogh-Jespersen, K.; Levy, R. M. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4180.
25. Dang, L. X.; Chang, T. M. J. Chem. Phys. 1997, 106, 8149.
26. Burnham, C. J.; Li, J. C.; Xantheas, S. S.; Leslie, M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 4566.
27. Burnham, C. J.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 1500.
28. Burnham, C. J.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 5115.
29. Buckingham, A. D.; Fowler, P. W. Can J. Chem. 1985, 63, 2018.
30. Dykstra, C. E. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 6168.
31. Dysktra, C. E. Chem. Rev. 1993, 93, 2339.
32. Dykstra, C. E. J. Chem. Phys. 1989, 91, 6472.
33. Engkvist, O.; Åstrand, P.-O.; Karlström, G. Chem. Rev. 2000, 100, 4087.
34. Åstrand, P.-O.; Linse, P.; Karlström, G. Chem. Phys. 1995, 191, 195.
35. Brdarski, S.; Åstrand, P.-O.; Karlström, G. Theor. Chem. Acc. 2000, 105, 7.
36. Saint-Martin, H.; Hernandez-Cobos, J.; Bernal-Uruchurtu, M. I.; Ortega-Blake, I.; Berendsen, H. J. C. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10899.
37. Millot, C.; Soetens, J.-C.; Costa, M. T. C. M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 754.
38. Keutsch, F. N.; Saykally, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 10533.
39. Stone, A. J. The Theory of Intermolecular Forces; Oxford University Press: Oxford, 1996.
40. Miller, K. J. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 8533.
41. Stout, J. M.; Dykstra, C. E. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1576.
42. Thole, B. T. Chem. Phys. 1981, 59, 341.
43. van Duijnen, P. T.; Swart, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 2399.
44. Kong, Y. Multipole Electrostatic Methods for Protein Modeling with Reaction Field Treatment. Ph.D. Thesis, Washington University Medical School, Saint Louis, MO, 1997.
45. Young, D. M. Iterative Solution of Large Linear Systems; Academic Press: New York, 1971.
46. Smith, W. CCP5 Newsletter 1998, 46, 18.
47. Toukmaji, A.; Sagui, C.; Board, J.; Darden, T. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10913.
48. Nymand, T. M.; Linse, P. J. Chem. Phys. 2000, 112, 6152.
49. Tironi, I. G.; Brunne, R. M.; van Gunsteren, W. F. Chem. Phys. Lett. 1996, 250, 19.
50. Allinger, N. L.; Yuh, Y. H.; Lii, J.-H. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 8551.
51. Benedict, W. S.; Gailar, N.; Plyler, E. K. J. Chem. Phys. 1956, 24, 1139.
52. Dang, L. X.; Pettitt, B. M. J. Phys. Chem. 1987, 91, 3349.
53. Halgren, T. A. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 7827.
54. Bagossi, P. unpublished data.
55. Savage, H. F. J.; Finney, J. L. Nature 1986, 322, 717.
56. Hagler, A. T.; Huler, E.; Lifson, S. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 5319.
57. Stewart, R. F.; Davidson, E. R.; Simpson, W. T. J. Chem. Phys. 1965, 42, 3175.
58. Coppens, P.; Guru Row, T. N.; Leung, P.; Stevens, E. D.; Becker, P. J.; Yang, Y. W. Acta. Cryst. 1979, A35, 63.
59. Stone, A. J. Chem. Phys. Lett. 1981, 83, 233.
60. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A., Jr.; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P. Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C. Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98, revision A.7; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
61. Ponder, J. W. TINKER: Software Tools for Molecular Design, 3.9 ed.; Washington University School of Medicine: Saint Louis, MO, 2001.
62. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W.F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
63. Helfand, E. Phys. Rev. 1960, 119, 1.
64. Gaas, D. J. Chem. Phys. 1969, 51, 4560.
65. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: Oxford, 1989.
66. Lebowitz, J. L.; Percus, J. K.; Verlet, L. Phys. Rev. 1967, 153, 250.
67. Cheung, P. S. Y. Mol. Phys. 1977, 33, 519.
68. Morishita, T. J. Chem. Phys. 2000, 113, 2976.
69. Neumann, M. Mol. Phys. 1983, 50, 841.
70. Neumann, M.; Steinhauser, O. Chem. Phys. Lett. 1984, 106, 563.
71. Powles, J. G.; Fowler, R. F.; Evans, W. A. B. Chem. Phys. Lett. 1984, 107, 280.
72. Simonson, T.; Perahia, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 1082.
73. Simonson, T. Chem. Phys. Lett. 1996, 250, 450.
74. Wang, L.; Hermans, J. Mol. Simulat. 1996, 17, 67.
75. Hayward, J. A.; Reimers, J. R. J. Chem. Phys. 1997, 106, 1518.
76. Leadbetter, A. J.; Ward, R. C.; Clark, J. W.; Tucker, P. A.; Matsuo, T.; Suga, H. J. Chem. Phys. 1985, 82, 424.
77. Clough, S. A.; Beers, Y. Klein, G. P.; Rothman, L. S. J. Chem. Phys. 1973, 59, 2254.
78. Deutsch, P. W.; Hale, B. N.; Ward, R. C.; Reago, J. D. A. J. Chem. Phys. 1983, 78, 5103.
79. Zhu, S. B.; Yao, S.; Zhu, J. B.; Singh, S.; Robinson, G. W. J. Phys. Chem. 1991, 95, 6211.
80. Zhu, S. B.; Singh, S.; Robinson, G. W. J. Chem. Phys. 1991, 95, 2791.
81. Sciortino, F.; Corongiu, G. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5694.
82. Levitt, M.; Hirshberg, M.; Sharon, R.; Laidig, K. E.; Daggett, V. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 5051.
83. Swanton, D. J.; Backsay, G. B.; Hush, N. S. Chem. Phys. 1983, 82, 303.
84. Swanton, D. J.; Backsay, G.; Hush, N. S. J. Chem. Phys. 1986, 84, 5715.
85. Lie, G. C.; Clementi, E. Phys. Rev. A 1986, 33, 2679.
86. Wallqvist, A. Chem. Phys. 1990, 148, 439.
87. Whalley, E.; Klug, D. D. J. Chem. Phys. 1986, 84, 78.
88. Palmo, K.; Krimm, S. J. Comput. Chem. 1998, 19, 754.
89. Dinur, U.; Hagler, A. T. J. Comput. Chem. 1995, 16, 154.
90. Cho, K.-H.; Kang, Y. K.; No, K. T.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3624.
91. Mahoney, M. W.; Jorgensen, W. L. J. Chem. Phys. 2001, 115, 10758.
92. Klopper, W.; van Duijneveldt-van de Rijdt, J. G. C. M.; van Duijneveldt, F. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 2227.
93. Tschumper, G. S.; Leninger, M. L.; Hoffman, B. C.; Valeev, E. F.; Schaefer, H. F., III; Quack, M. J. Chem. Phys. 2002, 116, 690.
94. Mas, E. M.; Bukowski, R.; Szalewicz, K.; Groenenboom, G. C.; Wormer, P. E. S.; van der Avoird, A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6687.
95. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 82nd ed.; Lide, D. R., Ed.; CRC Press LLC: Boca Raton, FL, 2001.
96. Kell, G. S.; E., M. G.; Whalley, E. Proc. R. Soc. London Ser.-A 1989, 425, 49.
97. Xantheas, S. S.; Burnham, C. J.; Harrison, R. J. 2002, 116, 1493.
98. Lee, H. M.; Suh, S. B.;; Lee, J. Y.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 112, 9759.
99. Sorenson, J. M.; Hura, G.; Glaeser, R. M. Head-Gordon, T. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9149.
100. Soper, A. K. Chem. Phys. 2000, 258, 121.
101. Soper, A. K.; Philips, M. G. Chem. Phys. 1986, 107, 47.
102. Silvestrelli, P. L.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1999, 111, 3572.
103. Krynicki, K.; Green, C. D.; Sawyer, D. W. Faraday Discuss 1978, 66, 199.
104. Smith, P. E., van Gunsteren, W. F. Chem. Phys. Lett. 1993, 215, 315.
105. Eisenberg, D. S.; Kauzmann, W. The Structure and Properties of Water; Oxford University Press: New York, 1969.
106. Andersen, H. C. J. Comput. Phys. 1983, 52, 24.
107. Jorgensen, W. L.; Jenson, C. J. Comput. Chem. 1998, 19, 1179.
108. Bertolini, D.; Cassettari, M.; Salvetti, G. J. Chem. Phys. 1982, 76, 3285.
109. Sprik, M. J. Chem. Phys. 1991, 95, 6762.
110. Coulson, C. A.; Eisenberg, D. Proc. R. Soc. London Ser.-A 1966, 291, 445.
111. Silvestrelli, P. L.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 3308.
112. Batista, E. R.; Xantheas, S. S.; Jónson, H. J. Chem. Phys. 1999, 111, 6011.
113. Höchtl, P.; Boresch, S.; Bitomsky, W.; Steinhauser, O. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4927.
114. Ichikawa, K.; Kameda, K.; Yamaguchi, T.; Wakita, H.; Misawa, M. Mol. Phys. 1991, 73, 79.
115. Toukan, K.; Rahman, A. Phys. Rev. B. 1985, 31, 2643.
116. Whalley, E. J. Chem. Phys. 1984, 81, 4087.
117. Petrenko, V. F.; Whitworth, R. W. Physics of Ice; Oxford University Press: New York, 1999.
118. Floriano, M. A.; Klug, D. D.; Whalley, E.; Svensson, E. C.; Sears, V. F.; Hallman, E. D. Nature 1987, 329, 821.
119. Kuhs, W. F.; Lehmann, M. S. J. Phys. Chem. 1983, 87, 4312.
120. Batista, E. R.; Xantheas, S. S.; Jónsson, H. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4546.
121. Owicki, J. C.; Scheraga, H. A. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 7403.
122. Buch, V.; Sandler, P.; Sadlej, J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8641.
123. Stern, H. A.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 7622.
124. Feynman, R. P. Statistical Mechanics: A Set of Lectures; W. A. Benjamin: Reading, MA, 1972.
125. Wallqvist, A.; Berne, B. J. Chem. Phys. Lett. 1985, 117, 214.
126. Lobaugh, J.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 2400.
127. Billeter, S. R.; King, P. M.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6692.
128. Partridge, H.; Schwenke, D. W. J. Chem. Phys. 1997, 106, 4618.
129. Palmo, K. private communication.
130. Rick, S. W.; Stuart, S. J.; Bader, J. S.; Berne, B. J. J. Mol. Liq. 1995, 65-6, 31.
131. Liu, Y. P.; Kim, K.; Berne, B. J.; Friesner, R. A.; Rick, S. W. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4739.
132. Banks, J. L.; Kaminski, G. A.; Zhou, R. H.; Mainz, D. T.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Chem. Phys. 1999, 110, 741.
133. Stern, H. A.; Kaminski, G. A.; Banks, J. L.; Zhou, R.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4730.
134. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577.
135. Andersen, H. C. J. Chem. Phys. 1980, 72, 2384.
136. Nose, S. Mol. Phys. 1984, 52, 255.
137. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471.
138. van Belle, D.; Wodak, S. J. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 253.
139. Greengard, L.; Rokhlin, V. J. Comput. Phys. 1987, 73, 325.
140. Ding, H.-Q.; Karasawa, N.; Goddard, W. A., III. 1992, 97, 4309.
141. Nose, S.; Klein, M. L. Mol. Phys. 1983, 50, 1055.
142. Nielsen, I. M. B.; Seidl, E. T.; Janssen, C. L. J. Chem. Phys. 1999, 110, 9435.
143. Verhoeven, J.; Dymanus, A. J. Chem. Phys. 1970, 52, 3222.
144. Murphy, W. F. J. Chem. Phys. 1977, 67, 5877.
145. Maroulis, G. Chem. Phys. Lett. 1998, 289, 403.
146. Gregory, J. K.; Clary, D. C.; Liu, K.; Brown, M. G.; Saykally, R. J. Science 1997, 275, 814.
147. Curtiss, L. A.; Frurip, D. J.; Blander, M. J. Chem. Phys. 1979, 71, 2703.
148. Odutola, J. A.; Dyke, T. R. J. Chem. Phys. 72, 5062.
149. Pugliano, N.; Saykally, R. J. Science 1992, 257, 1937.
150. Xantheas, S. S.; Dunning, J. T. H. J. Chem. Phys. 1993, 99, 8774.
151. Liu, K.; Brown, M. G.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8995.
152. Kell, G. S. J. Chem. Eng. Data 1975, 20, 97.
153. Chen, S.-H.; Toukan, K.; Loong, C.-K.; Price, D. L.; Teixeira, J. Phys. Rev. Lett. 1984, 53, 1360.
154. Ricci, M. A.; Nardone, M.; Fontana, A.; Andreani, C.; Hahn, W. J. Chem. Phys. 1998, 108, 450.
155. Röttger, K.; Endriss, A.; Ihringer, J. Acta Cryst. 1994, B50, 644.
156. Line, C. M. B.; Whitworth, R. W. J. Chem. Phys. 1996, 104, 10008.