All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics studies of proteins

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 102, Issue 18, 1998, Pages 3586-3616

  MacKerell Jr , A D ^a,b   Bashford, D ^a   Bellott, M ^a   Dunbrack Jr , R L ^a   Evanseck, J D ^a   Field, M J ^a   Fischer, S ^a   Gao, J ^a   Guo, H ^a   Ha, S ^a   Joseph McCarthy, D ^a   Kuchnir, L ^a   Kuczera, K ^a   Lau, F T K ^a   Mattos, C ^a   Michnick, S ^a   Ngo, T ^a   Nguyen, D T ^a   Prodhom, B ^a   Reiher III, W E ^a   Roux, B ^a   Schlenkrich, M ^a   Smith, J C ^a   Stote, R ^a   Straub, J ^a   Watanabe, M ^a   Wiorkiewicz Kuczera J ^a   Yin, D ^b   Karplus, M ^a,c   more..

^a HARVARD UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF MARYLAND SCHOOL OF PHARMACY   (United States)

^c UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR   (France)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0041784950     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp973084f     Document Type: Article

References (128)

1. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: New York, 1989.
2. Brooks, C. L., III; Karplus, M.; Pettitt, B. M. Proteins, A Theoretical Perspective Dynamics, Structure, and Thermodynamics; John Wiley and Sons: New York, 1988; Vol. LXXI.
3. McCammon, J. A.; Harvey, S. Dynamics of Proteins and Nucleic Acids; Cambridge University Press: 1987.
4. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
5. Reiher, W. E., III. Ph.D. Thesis, Harvard University, 1985.
6. Weiner, S. J.; Singh, U. C.; O'Donnell, T. J.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 6243.
7. Weiner, S. J.; Kollman, P. A.; Nguyen, D. T.; Case, D. A. J. Comput. Chem. 1986, 7, 230.
8. Jorgensen, W. L.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1657.
9. (a) Feng, M.-H.; Philippopoulos, M.; MacKerell, A. D., Jr.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11265.
10. (b) Schmidt, J. M.; Brüschweiler, R.; Ernst, R. R.; Dunbrack, R. L., Jr.; Joseph, D.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8747-8756.
11. Lii, J.-L.; Allinger, N. L. J. Comput. Chem. 1991, 12, 186.
12. Hagler, A. T.; Maple, J. R.; Thacher, T. S.; Fitzgerald, G. B.; Dinur, U. In Computer Simulation of Biomolecular Systems; van Gunsteren, W. F., Weiner, P. K., Eds.; ESCOM: Leiden, 1989; p 149.
13. Mayo, S. L.; Olafson, B. D.; Goddard, W. A., III. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8897.
14. MacKerell, A. D., Jr.; Wiórkiewicz-Kuczera, J.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 11946.
15. Schlenkrich, M.; Brickmann, J.; MacKerell, A. D., Jr.; Karplus, M. Biological Membranes: A Molecular Perspective from Computation and Experiment; Birkäuser: Boston, MA, 1996; p 31.
16. Neria, E.; Fischer, S.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1902.
17. van Gunsteren, W. F.; Berendsen, H. J. C. Groningen molecular simulation (GROMOS) library manual; Biomos, Nijenborgh, 4, 9747 AG Groningen, The Netherlands, 1987.
18. (a) Jorgensen, W. L. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4768.
19. (b) Burley, S. K.; Petsko, G. A. Adv. Protein Chem. 1988, 39, 125.
20. The CHARMM program can be obtained by not-for-profit institutions under a license agreement by writing to the CHARMM Development Program, Department of Chemistry & Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA 02138 (email: marci@tammy.harvard.edu).
21. Pettitt, B. M.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1166.
22. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
23. Smith, J. C.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 801.
24. Allen, F. H.; Bellard, S.; Brice, M. D.; Cartwright, B. A.; Doubleday: A.; Higgs, H.; Hummelink, T.; Hummelink-Peters, B. G.; Kennard, O.; Motherwell, W. D. S.; Rodgers, J. R.; Watson, D. G. Acta Crystallogr. 1979, B35, 2331.
25. Florián, J.; Johnson, B. G. J. Phys. Chem. 1994, 98, 3681.
26. Dunbrack, R. L., Jr.; Karplus, M. Nat. Struct. Biol. 1994, 1, 334.
27. Momany, F. A.; Klimkowski, V. J.; Schäfer, L. J. Comput. Chem. 1990, 11, 654.
28. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269.
29. (a) Hirato, E.; Sugisali, R.; Nielsen, C. J.; Sórensen, G. O. J. Mol. Spectrosc. 1974, 53, 62.
30. (b) Dyke, T. R.; Mack, K. M.; Muenter, J. S. J. Chem. Phys. 1977, 66, 498.
31. Pranata, J.; Wierschke, S. G.; Jorgensen, W. L. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2810.
32. Halgren, T. A. J. Comput. Chem. 1996, 17, 520.
33. MacKerell, A. D., Jr.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 10559.
34. Gao, J.; Xia, X. Science 1992, 258, 631.
35. Moet-Ner, M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3858.
36. Moet-Ner, M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3071.
37. Moet-Ner, M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3075.
38. Moet-Ner, M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3854.
39. Gao, J. Ph.D. Thesis, Department of Chemistry, Purdue University, 1987.
40. Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. 1986, 90, 1276.
41. Stote, R. H.; States, D. J.; Karplus, M. J. Chim. Phys. 1991, 88, 2419.
42. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Head-Gordon, M.; Gill, P. M. W.; Wong, M. W.; Foresman, J. B.; Johnson, B. G.; Schlegel, H. B.; Robb, M. A.; Replogle, E. S.; Gomperts, R.; Andres, J. L.; Raghavachari, K.; Binkley, J. S.; Gonzalez, C.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Defrees, D. J.; Baker, J.; Stewart, J. J. P.; Pople, J. A. Gaussian; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 1992.
43. Jorgensen, W. L. BOSS; Yale University: New Haven, CT, 1994.
44. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327.
45. Brünger, A. T.; Karplus, M. Proteins 1988, 4, 148.
46. Field, M. J.; Karplus, M. Harvard University, Cambridge, MA. Unpublished results, 1992.
47. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
48. Hendrickson, W. A.; Teeter, M. M. Nature (London) 1981, 290, 107.
49. Wlodawer, A.; Walter, J.; Huber, R.; Sjölin, L. J. Mol. Biol. 1984, 180, 301.
50. Kuriyan, J.; Wilz, S.; Karplus, M.; Petsko, G. J. Mol. Biol. 1986, 92, 227.
51. Kuriyan, J.; Weis, W. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 2773.
52. Baker, E. N.; Hubbard, R. E. Prog. Biophys. Mol. Biol. 1984, 44, 97.
53. Burling, F. T.; Weis, W. I.; Flaherty, K. M.; Brünger, A. T. Science 1996, 271, 72.
54. Chaturvedi, S.; Go, K.; Parthasarathy, R. Biopolymers 1991, 31, 397.
55. Hempel, A.; Camerman, N.; Camerman, A. Biopolymers 1991, 31, 187.
56. Hossain, M. B.; van der Helm, D. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 5191.
57. Karle, I. L.; Gibson, J. W.; Karle, J. J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 3755.
58. Kostansek, E. C.; Thiessen, W. E.; Schomburg, D.; Lipscomb, W. N. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 5811.
59. Karle, I. L. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 1286.
60. Kopple, K. D.; Wang, Y.-S.; Cheng, A. G.; Bhandary, K. K. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 4168.
61. Grant, J. A.; Williams, R. L.; Scheraga, H. A. Biopolymers 1990, 30, 929.
62. Kollman, P. A.; Dill, K. A. J. Biomol. Struct. Dyn. 1991, 8, 1103.
63. Guo, H.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1992, 96, 7273.
64. Guo, H.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7104.
65. Katz, J.; Post, B. Acta Crystallogr. 1960, 13, 624.
66. Hamzaoui, F.; Baert, F. Acta Crystallogr. 1994, C50, 757-579.
67. Benedetti, E. In Peptides: Proceedings of the 5th American Peptide Symposium: John Wiley & Sons Inc.: New York, 1979; p 257.
68. Kitano, M.; Fukuyama, T.; Kuchitsu, B. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1973, 46, 384.
69. Jorgensen, W. L.; Gao, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 4212.
70. Evanseck, J. D.; Karplus, M. Unpublished work, 1994.
71. Sulzbach, H. M.; Schleyer, P.v. R.; Schaefer, H. F., III. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2632.
72. Fischer, S.; Dunbrack, R. L., Jr.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11931.
73. Gould, I. R.; Cornell, W. D.; Hiller, I. H. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 9250.
74. (a) Jones, R. J. Mol. Spectrosc. 1963, 11, 411.
75. (b) Filiaux, F.; DeLoze, C. J. J. Chim. Phys. 1976, 73, 1004.
76. Venkatachalapathi, Y.; Mierke, D.; Taulane, J.; Goodman, M. Biopolymers 1987, 26, 763.
77. Kohlrausch, K.; Seka, R. Z. Phys. Chem. 1939, B42, 1-480.
78. Sugawara, Y.; Hirakawa, A.; Tsuboi, M.; Kato, S.; Morokuma, K. J. Mol. Spectrosc. 1986, 115, 21.
79. (a) Mirkin, N.; Krimm, S. J. Mol. Struct. 1991, 242, 143.
80. (b) Chen, X. G.; Schweitzer-Stenner, R.; Asher, S. A.; Mirkin, N. G.; Krimm, S. J. Phys. Chem. 1995, 99, 3074.
81. Miazawa, T.; Shimanouchi, T.; Mizushima, S. J. Chem. Phys. 1958, 29, 611.
82. Itoh, K.; Shimanouchi, T. Biopolymers 1967, 5, 921.
83. Drakenberg, T.; Forsén, S. Chem. Commun. 1971, 1404.
84. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Could, I. R.; Merz, K. M., Jr.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179.
85. Vásquez, M.; Némethy, G.; Scheraga, H. A. Macromolecules 1983, 16, 1043.
86. Böhm, H.-J.; Brode, S. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7129.
87. Frey, R. F.; Coffin, J.; Newton, S. Q.; Ramek, M.; Cheng, V. K. W.; Momany, F. A.; Schäfer, L. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 5369.
88. Head-Gordon, T.; Head-Gordon, M.; Frisch, M. J.; Brooks, C., III; Pople, J. Int. J. Quantum Chem.: Quantum Biol. Symp. 1989, 16, 311.
89. Head-Gordon, T.; Head-Gordon, M.; Frisch, M. J.; Brooks, C. L. I.; Pople, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 5989.
90. Beachy, M. D.; Chasman, D.; Murphy, R. B.; Halgren, T. A.; Friesner, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5908.
91. Weiner, S. J.; Kollman, P. A.; Case, D. A.; Singh, U. C.; Ghio, C.; Alagona, G.; Profeta, S., Jr.; Weiner, P. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 765.
92. Deng, Z.; Polavarapu, P. L.; Ford, S. J.; Hecht, L.; Barron, L. D.; Ewig, C. S.; Jalkanen, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 2025.
93. Brooks, C. L., III; Case, D. A. Chem. Rev. 1993, 93, 2487.
94. Dudek, M. J.; Ponder, J. W. J. Comput. Chem. 1995, 16, 791.
95. Gelin, B.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 6996.
96. Kang, Y. K.; No, K. T.; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 15588.
97. Maxwell, D. S.; Jorgensen, W. L.; Tirado-Rives, J. J. Comput. Chem. 1995, 16 984.
98. Halgren, T. A. J. Comput. Chem. 1996, 17, 490.
99. Baudry, J.; Smith, J. C. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 1994, 308, 103.
100. Pangali, C.; Rao, M.; Berne, B. J. Mol. Phys. 1980, 60, 661.
101. Riddick. J. A.; Bunger, W. B.; Sakano, T. K. Organic Solvents: Physical Properties and Methods of Purification; John Wiley & Sons: New York, 1986.
102. Lemire, R. H.; Sears, P. G. Top. Curr. Chem. 1978, 78, 45.
103. Jorgensen, W. L.; Swenson, C. J. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1489.
104. Kaminski, G.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18010.
105. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225.
106. Harada, Y.; Iitaka, Y. Acta Crystallogr. 1974, B30, 1452.
107. MacArthur, M. W.; Thorton, J. M. J. Mol. Biol. 1996, 264, 1180.
108. Stone, A. J.; Price, S. L. J. Phys. Chem. 1988, 92, 2: 3325.
109. Hall, D.; Pavitt, N. J. Comput. Chem. 1984, 5, 441.
110. McCammon, J. A.; Gelin, B. R.; Karplus, M. Nature 1977, 267, 585.
111. Karplus, M.; Petsko, G. A. Nature 1990, 347, 631.
112. van Gunsteren, W. F.; Berendsen, H. J. C.; Hermans, J.; Hol, W. G. J.; Postma, J. P. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1983, 80, 4315.
113. van Gunsteren, W. F.; Karplus, M. Biochemistry 1982, 21, 2259.
114. Tilton, R. F., Jr.; Singh, U. C.; Kuntz, I. R., Jr.; Kollman, P. A. J. Mol. Biol. 1988, 199, 195.
115. Longcharich, R. J.; Brooks, B. R. J. Mol. Biol. 1990, 215, 439.
116. Polygen All-atom Protein Parameter Set; Polygen Corp.: Waltham, MA, 1988.
117. Levy, R. M.; Sheridan, R. P.; Keepers, J. W.; Dubey, G. S.; Swaminathan, S.; Karplus, M. Biophys. J. 1985, 48, 509.
118. Quillin, M. L.; Arduini, R. M.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. Proteins, 1990, 7, 358.
119. Teeter, M. M.; Roe, S. M.; Heo, N. H. J. Mol. Biol. 1993, 230, 292.
120. Kuriyan, J.; Petsko, G. A.; Levy, R. M.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1986, 190, 227.
121. Elber, R.; Karplus, M. Science 1987, 235, 318.
122. Phillips, G. N., Jr. Biophys. J. 1990, 57, 381.
123. Whitlow, M.; Teeter, M. M. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 7163.
124. Boczko, E. M.; Brooks, C. L., III. Science 1995, 269, 393.
125. Lazaridis, T.; Karplus, M. Science 1997, 278, 1928.
126. Woolf, T. B.; Roux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 11631.
127. Pavelites, J. J.; Gao, J.; Bash, P. A.; MacKerell, A. D., Jr. J. Comput. Chem. 1997 18, 221.
128. The parameters may be obtained also from A.D.M.'s Web page at www.pharmacy.ab.umd.edu/~alex.