Interfacing Q-Chem and CHARMM to perform QM/MM reaction path calculations

Journal of Computational Chemistry

Volumn 28, Issue 9, 2007, Pages 1485-1502

  Woodcock III, H Lee ^a   Hodošček, Milan ^b   Gilbert, Andrew T B ^c   Gill, Peter M W ^c   Schaefer III, Henry F ^d   Brooks, Bernard R ^a  

^a NATIONAL HEART LUNG AND BLOOD INSTITUTE   (United States)

^b NATIONAL INSTITUTE OF CHEMISTRY   (Slovenia)

^c AUSTRALIAN NATIONAL UNIVERSITY   (Australia)

^d UNIVERSITY OF GEORGIA   (United States)

Author keywords

CHARMM; Chorismate mutase; Q Chem; QM MM; Reaction path

Indexed keywords

CHARMM; CLAISEN REARRANGEMENT; NUDGED ELASTIC BAND METHODS; POLARIZABLE DRUDE WATER MODEL;

ACTIVATION ENERGY; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ENZYMES; MOLECULAR MECHANICS; POTENTIAL ENERGY;

QUANTUM THEORY;

ANION; CHORISMATE MUTASE; SODIUM; WATER;

ARTICLE; CATALYSIS; CHEMICAL MODEL; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; COMPUTER PROGRAM; COMPUTER SIMULATION; DIMERIZATION; METABOLISM; PROTEIN TERTIARY STRUCTURE; QUANTUM THEORY;

ANIONS; CATALYSIS; CHORISMATE MUTASE; COMPUTER SIMULATION; DIMERIZATION; MODELS, CHEMICAL; MODELS, MOLECULAR; PROTEIN STRUCTURE, TERTIARY; QUANTUM THEORY; SODIUM; SOFTWARE; WATER;

EID: 34249785686     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20587     Document Type: Article

References (115)

1. Head-Gordon, M. J Phys Chem 1996, 100, 13213.
2. Jung, Y.; Sodt, A.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102, 6692.
3. White, C. A.; Johnson, B. G.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Chem Phys Lett 1994, 230, 8.
4. White, C. A.; Johnson, B. G.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Chem Phys Lett 1996, 253, 268.
5. Strain, M. C.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. Science 1996, 271, 51.
6. Lee, T. S.; Lewis, J. P.; Yang, W. T. Comput Mater Sci 1998, 12, 259.
7. Warshel, A.; Levitt, M. J Mol Biol 1976, 103, 227.
8. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J Comput Chem 1986, 7, 718.
9. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J Comput Chem 1990, 11, 700.
10. Car, R.; Parrinello, M. Phys Rev Lett 1985, 55, 2471.
11. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.: Sieber, S.: Morokuma, K. J Phys Chem 1996, 100, 19357.
12. Maseras, F: Morokuma, K. J Comput Chem 1995, 16, 1170.
13. Das, D.: Eurenius, K. P.: Billings, E. M.: Sherwood, P.; Chatfield, D. C.; Hodoscek, M.; Brooks, B. R. J Chem Phys 2002, 117, 10534.
14. Pu, J. Z.: Gao, J. L.; Truhlar, D. G. J Phys Chem A 2004, 108, 632.
15. Philipp, D. M.: Friesner, R. A. J Comput Chem 1999, 20, 1468.
16. Zhang, Y. K.; Lee, T. S.; Yang, W. T. J Chem Phys 1999, 110, 46.
17. Lyne, P. D.: Hodoscek, M.; Karplus, M. J Phys Chem A 1999, 103, 3462.
18. Loferer, M. J.: Loeffler, H. H.; Liedl, K. R. J Comput Chem 2003, 24, 1240.
19. Woo, T. K.: Margl, P. M.: Blochl, P. E.: Ziegler, T. J Phys Chem B 1997, 101, 7877.
20. Cui, Q.; Elstner, M.; Kaxiras, E.; Frauenheim, T.; Karplus, M. J Phys Chem B 2001, 105, 569.
21. Sherwood, P.; de Vries, A. H.; Guest, M. F.; Schreckenbach, G.; French, S. A.; Sokol, A. A.; Bromley, S. T.: Thiel, W.: Turner, A. J. J Mol Struct (Theochem) 2003, 632, 1.
22. Mo, Y. R.: Gao, J. L. J Comput Chem 2000, 21, 1458.
23. Gao, J. L. J Am Chem Soc 1994, 116, 1563.
24. Stanton, R. V.; Hartsough, D. S.; Merz, K. M. J Phys Chem 1993, 97, 11868.
25. Kairys, V.; Jensen, J. H. J Phys Chem A 2000, 104, 6656.
26. Crespo, A.; Scherlis, D. A.; Marti, M. A.; Ordejon, P.; Roitberg, A. E.; Estrin, D. A. J Phys Chem B 2003, 107, 13728.
27. Dewar, M. J. S.; Zoebisch, E. G.; Healy, E. F.; Stewart, J. J. P. J Am Chem Soc 1985, 107, 3902.
28. Stewart, J. P. J Comput Chem 1989, 10, 209.
29. Warshel, A. Computer Modeling of Chemical Reactions in Enzymes and Solutions, John Wiley: New York, 1991.
30. Hehre, W. J.; Radom, L.; Pople, J. A.; Schleyer, P. v. R. Ab Initio Molecular Orbital Theory, John Wiley: New York, 1986.
31. Yang, W.; Parr, R. G. Density Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: New York, 1989.
32. Laio, A.; VandeVondele, J.; Rothlisberger, U. J Chem Phys 2002, 116, 6941.
33. Eichinger, M.; Tavan, P.; Mutter, J.; Parrinello, M. J Chem Phys 1999, 110, 10452.
34. Murphy, R. B.; Philipp, D. M.; Friesner, R. A. Chem Phys Lett 2000, 321, 113.
35. Friesner, R. A. Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102, 6648.
36. Thiel, W.; Voityuk, A. A. J Phys Chem 1996, 100, 616.
37. Luque, F. J.; Reuter, N.: Cartier, A.; Ruiz-Lopez, M. F. J Phys Chem A 2000, 104, 10923.
38. Shao, Y.; Fusti-Molnar, L.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenfeld, C.; Brown, S. T.; Gilbert, A. T. B.; Slipchenko, L. V.; Levchenko, S. V.; O'Neill, D. P.; Distasio, R. A.; Lochan, R. C.: Wang, T.; Beran, G. J. O.; Besley, N. A.; Herbert, J. M.; Lin, C. Y.; Van Voorhis, T.; Chien, S. H.; Sodt, A.; Steele, R. P.; Rassolov, V. A.: Maslen, P. E.: Korambath, P. P.: Adamson, R. D.; Austin, B.; Baker, J.; Byrd, E. F. C.; Daschel, H.: Doerksen, R. J.; Dreuw, A.: Dunietz, B. D.; Dutoi, A. D.; Furlani, T. R.; Gwaltney, S. R.: Heyden, A.; Hirata, S.; Hsu, C. P.: Kedziora, G.: Khalliulin, R. Z.; Klunzinger, P.; Lee, A. M.; Lee, M. S.; Liang, W.: Lotan, I.; Nair, N.; Peters, B.; Proynov, E. L; Pieniazek, P. A.; Rhee, Y. M.: Ritchie, J.; Rosta, E.; Sherrill, D. C.; Simmonett, A. C.: Subotnik, J. E.: Woodcock, H. L.; Zhang, W.; Bell, A. T.; Chakraborty, A. K.; Chipman, D. M.; Keil, F. J.; Warshel, A.; Hehre, W. J.; Schaefer, H. F.; Kong, J.: Krylov, A. I.; Gill, P. M. W.: Head-Gordon, M. Phys Chem Chem Phys 2006, 8, 3172.
39. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.: Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J Comput Chem 1983, 4, 187.
40. Gao, J. L.; Xia, X. F. Science 1992, 258, 631.
41. Gao, J. L. J Phys Chem 1992, 96, 537.
42. Gao, J. L. J Am Chem Soc 1994, 116, 9324.
43. Besley, N.; Oakley, M; Cowan, A.; Hirst, J. J Am Chem Soc 2004, 126, 13502.
44. Liu, H.; Muller-Plathe, F.; van Gunsteren, W. F. J Chem Phys 1995, 102, 1722.
45. Lu, Z. Y.: Yang, W. T. J Chem Phys 2004, 121, 89.
46. Woodcock, H. L.; Hodoscek, M.; Sherwood, P.; Lee, Y. S.; Schaeier, H. F.; Brooks, B. R. Theor Chem Acc 2003, 109, 140.
47. Chu, J. W.; Trout, B. L.; Brooks, B. R. J Chem Phys 2003, 119, 12708.
48. Mills, G.; Jonsson, H.; Schenter. G. Surf Sci 1995, 324, 305.
49. Henkelman, G.; Jonsson, H. J Chem Phys 2000, 113, 9978.
50. Henkelman, G.; Uberuaga, B.; Jonsson, H. J Chem Phys 2000, 113. 9901.
51. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.: Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su,
52. S. J.: Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J Comput Chem 1993, 14, 1347.
53. Guest, M. F.; Bush, I. J.; Van Dam, H. J. J.; Sherwood, P.; Thomas, J. M. H.; Van Lenthe, J. H.; Havenith, R. W. A.; Kendrick, J. Mol Phys 2005, 103, 719.
54. Boresch, S.; Karplus, M. J Chem Phys A 1999, 103, 103.
55. Li, G. H.; Zhang, X. D.; Cui, Q. J Phys Chem B 2003, 107, 8643.
56. Gao, J. L. J Comp Chem 1997, 18, 1061.
57. Ziegler, T. Chem Rev 1991, 91, 651.
58. Lamoureux, G.; MacKerell, A. D.; Roux, B. J Chem Phys 2003, 119, 5185.
59. Woodcock, H. L.; current CHARMM version, qchem.doc. 2005 (http://www.charmm.org/document/chmdocs.shtml).
60. Ahlrichs, R.; Bar, M.; Haser, M.; Horn, H.; Kolmel, C. Chem Phys Lett 1989, 162, 165.
61. Fukui, K. Acc Chem Res 1981, 14, 363.
62. Gonzalez, C.: Schlegel, H. B. J Phys Chem 1990, 94, 5523.
63. Gonzalez, C.; Schlegel, H. B. J Phys Chem 1989, 90, 2154.
64. Ayala, P. Y.; Schlegel, H. B. J Chem Phys 1997, 107, 375.
65. Czerminski, R.: Elber, R. J Chem Phys 1990, 92, 5580.
66. Czerminski, R.; Elber, R. Int J Quantum Chem 1990, 38, 167.
67. Elber, R.; Karplus, M. Chem Phys Lett 1987, 139, 375.
68. Cisneros, G.; Liu, H.; Lu, Z.; Yang, W. J Chem Phys 2005, 122(11), 114502-114508.
69. Xie, L.; Liu, H.; Yang, W. J Chem Phys 2004, 120, 8039.
70. Liu, H.; Lu, Z.; Cisneros, G.; Yang, W. J Chem Phys 2004, 121, 697.
71. Zhang, Y.; Liu, H.; Yang, W. J Chem Phys 2000, 112, 3483.
72. Roux, B.; Karplus, M. J Comput Chem 1995, 16, 690.
73. MacKerell, A. D.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L. Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S. Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K. Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B. Reiher, W. E.: Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stole, R. Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D. Karplus. M. J Phys Chem B 1998, 102, 3586.
74. Lamoureux, G.; Roux, B. J Phys Chem B 2006, 110, 3308.
75. Klopper, W.: van Duijneveldt-van de Rijdt, J. G. C. M.; van Duijneveldt, F. B. Phys Chem Chem Phys 2000, 2, 2227.
76. Tschumper, G. S.: Leininger, M. L.; Hoffman, B. C.; Valeev, E. F.; Schaefer, H. F.: Quack, M. J Chem Phys 2002, 116, 690.
77. Curtiss, L. A.; Frurip, D. J.; Blander, M. J Chem Phys 1979, 71, 2703.
78. Reimers, J. R.: Walls, R. O.; Klein, M. L. Chem Phys 1982, 64, 95.
79. Jorgensen, W.; Chandrasekhar, J.: Madura, J.: Impey, R.: Klein, M. J Chem Phys 1983, 79, 926.
80. Durell, S. R.; Brooks, B. R.: Bennaim, A. J Phys Chem 1994, 98, 2198.
81. Horn, H. W.: Swope, W. C.; Pitera, J. W.; Madura, J. D.; Dick, T. J.; Hura, G. L.; Head-Gordon, T. J Chem Phys 2004, 120, 9665.
82. Xantheas, S. S. J Phys Chem 1996, 100, 9703.
83. Yamdagni, R.; Kebarle, P. J Am Chem Soc 1971, 93, 7139.
84. Feller, D.; Glendening, E. D.; Woon, D. E.; Feyereisen, M. W. J Chem Phys 1995, 103, 3526.
85. Dzidic, I.; Kebarle, P. J Phys Chem 1970, 74, 1466.
86. Pitzer, K. S. J Chem Phys 1940, 8, 711.
87. Klauda, J. B.; Brooks, B. R., MacKerell, A. D.; Venable, R. M.; Pastor, R. W. Biophys J 2005, 88, 148.
88. Klauda, J. B.; Brooks, B. R.; MacKerell, A. D.; Venable, R. M.; Pastor, R. W. J Phys Chem B 2005, 109, 5300.
89. Feller, S. E.; MacKerell, A. D. J Phys Chem B 2000, 104, 7510.
90. Allinger, N. L.; Fermann, J. T.; Allen, W. D.; Schaefer, H. F. J Chem Phys 1997, 106, 5143.
91. Vasilyev, V. V. J Mol Struct (Theochem) 1994, 110, 129.
92. Waszkowycz, B.; Hillier, I. H.; Gensmantel, N.: Payling, D. W. J Chem Soc Perkin Trans 2 1991, 2, 225.
93. Waszkowycz, B.; Hillier, I. H.; Gensmantel, N.; Payling, D. W. J Chem Soc Perkin Trans 2 1991, 11, 1819.
94. Waszkowycz, B.; Hillier, I. H.; Gensmantel, N.; Payling, D. W. J Chem Soc Perkin Trans 2 1991, 12, 2025.
95. Konig, P. H.; Hoffmann, M.; Frauenheim, T.; Cui, Q. J Phys Chem B 2005, 109, 9082.
96. Zhao, Y.; Gonzalez-Garcia, N.: Truhlar, D. J Phys Chem A 2005, 109, 2012.
97. Sun, L. P.; Song, K. Y.; Hase, W. L. Science 2002, 296, 875.
98. Gonzales, J. M.; Pak, C.; Cox, R. S.; Allen, W. D.; Schaefer, H. F.; Csaszar, A. G.; Tarczay, G. Chem Eur J 2003, 9, 2173.
99. Gonzales, J. M.; Cox, R. S.; Brown, S. T.; Allen, W. D.; Schaefer, H. F. J Phys Chem A 2001, 105, 11327.
100. Lee, Y. S.; Worthington, S. E.; Krauss, M.; Brooks, B. R. J Phys Chem B 2002, 106, 12059.
101. Chook, Y. M.; Gray, J. V.; Ke, H. M.; Lipscomb, W. N. J Mol Biol 1994, 240, 476.
102. Lee, A. Y.; Stewart, J. D.; Clardy, J.; Ganem, B. Chem Biol 1995, 2, 195.
103. Kast, P.; Asif-Ullah, M.; Hilvert, D. Tetrahedron Lett 1996, 37, 2691.
104. Ganem, B. Angew Chem Int Ed Engl 1996, 35, 937.
105. Galopin, C. C.; Zhang, S.; Wilson, D. B.; Ganem, B. Tetrahedron Lett 1996, 37, 8675.
106. Haslam, E. Shikimic Acid: Metabolism and Metabolites; Wiley: New York, 1993.
107. Andrews, P. R.; Smith, G. D.; Young, I. G. Biochemistry 1973, 12, 3492.
108. Ranaghan, K. E.; Ridder, L.; Szefczyk, B.; Sokalski, W. A.; Hermann, J. C.; Mulholland, A. J. Org Biomol Chem 2004, 2, 968.
109. Ranaghan, K. E.; Ridder, L.; Szefczyk, B.; Sokalski, W. A.; Hermann, J. C.; Mulholland, A. J. Mol Phys 2003, 101, 2695.
110. Szefczyk, B.; Mulholland, A. J.; Ranaghan, K. E.; Sokalski, W. A. J Am Chem Soc 2004, 126, 16148.
111. Crespo, A.; Marti, M. A.; Estrin, D. A.; Roitberg, A. E. J Am Chem Soc 2005, 127, 6940.
112. Hall, R. J.; Hindle, S. A.; Burton, N. A.; Hillier, I. H. J Comput Chem 2000, 21, 1433.
113. Krylov, A. I. Chem Phys Lett 2001, 338, 375.
114. Slipchenko, L. V.; Krylov, A. I. J Chem Phys 2002, 117, 4694.
115. Shao, Y. H.; Head-Gordon, M.; Krylov, A. I. J Chem Phys 2003, 118, 4807.