DNA modeling within Ab initio and empirical methods

Journal of Computational and Theoretical Nanoscience

Volumn 4, Issue 3, 2007, Pages 349-383

  Cozmuta, Ioana ^a   Mehrez, Hatem ^a  

^a NASA AMES RESEARCH CENTER   (United States)

Author keywords

Ab initio; Atomistic simulations; Design; DNA; Electronic transport; Force field; Nanotechnology; Sequencing; Translocation

Indexed keywords

APPROXIMATION THEORY; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRON TRANSPORT PROPERTIES; MATHEMATICAL MODELS; NANOTECHNOLOGY; POLARIZATION;

ATOMIC INTERACTION; ATOMISTIC SIMULATION; MULTI-DISCIPLINARY SCIENTIFIC COMMUNITY;

DNA SEQUENCES;

EID: 34547131566     PISSN: 15461955     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: None     Document Type: Review

References (325)

1. J. Watson and F. Crick, Nature (London) 171, 737 (1953).
2. M. Kemp, Nature (London) 421, 416 (2003).
3. N. C. Seeman, Trends in Biotechnology 17, 437 (1999).
4. P. Tosch, C. Walti, A. P. Middelberg, and A. G. Davies, Biomacromolecules 7, 677 (2006).
5. R. D. Barish, P. W. K. Rothemund, and E. Winfree, Nano Lett. 5, 2586 (2005).
6. D. Soloveichik and E. Winfree, DNA Computing 11, LNCS 3892:305 ( 2006).
7. K. V. Gothelf and T. H. LaBean, Org. Biomol. Chem. 3, 4023 ( 2005).
8. R. M. Stoltenberg and A. T. Woolley, Biomed. Microdev. 6, 105 ( 2004).
9. B. Li, Y. Zhang, J. Hu, and A Li, Ultramicroscopy 105, 312 ( 2005).
10. D. Liu, S. H. Park, J. H. Reif, and T. H. LaBean, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 717 (2004).
11. C. Jianrong, M. Yuqing, H, Nongyue, W. Xiaohua, and L. Sijiao, Biotechnol. Adv. 22, 505 (2004).
12. Y. Y. Guo, F. Blocker, F. Xiao, and P. Guo, J. Nanosci. Nanotechnol. 5, 856 (2005).
13. H. Yan, T. H. LaBean, L. Feng, and J. H. Reif, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 8103 (2003).
14. S. J. Sowerby, N. G. Holm, and G. B. Petersen, Biosystems 61, 69 (2001).
15. Z. Deng, S. H. Lee, and C. Mao, J. Nanosci. Nanotechnol. 5, 1954 (2005).
16. N. C. Seeman, Methods. Mol. Biol. 303, 143 (2005).
17. N. C. Seeman, Biochemistry 42, 7259 (2003).
18. N. C. Seeman, Chem. Biol. 10, 1151 (2003).
19. D. Williams, Med. Device Technol. 15, 9 (2004).
20. D. Parr, Trends. Biotechnol. 23, 395 (2005).
21. P. Guo, J. Nanosci Nanotechnol. 5, 1964 (2005).
22. J. J. Kasianowicz, E. Brandin, D. Branton, and D. W. Deamer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 13770 (1996).
23. Y. Baba, Nippon Rinsho 64, 189 (2006).
24. S. P. Leary, C. Y. Liu, C. Yu, and M. L. Apuzzo, Neurosurgery 57, 606 (2005).
25. S. M. Moghimi, A. C. Hunter, and J. C. Murray, FASEB J. 19, 311 (2005).
26. L. Movileanu, S. Howorka, O. Braha, and H. Bayley, Nature Biotechnol. 18, 1091 (2000).
27. G. Endres, D. L. Cox, and R. R. P. Singh, Rev. Mod. Phys. 76, 195 (2004).
28. H. Mehrez and H. Guo, Nanowires and Nonobelts, edited by Zhong Lin Wang, Kluwer Academic Publishers, the Netherlands (2003).
29. L. H. Thomas, Proc. Cambridge Philos. Soc. 23, 542 (1926).
30. E. Fermi, Z. Phys. 48, 73 (1928).
31. P. A. M. Dirac, Proc. Cambridge Philos. Soc. 26, 376 (1930).
32. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
33. S. Froyen and W. A. Harrison, Phys. Rev. B 20, 2420 (1979).
34. D. J. Chadi, Phys. Rev. Lett. 43, 43 (1979).
35. W. A. Harrison, Phys. Rev. B 34, 2787 (1986).
36. M. Elstner, D. Porezag, G. Jungnickel, J. Elsner, M. Haugk, T. Frauenheim, S. Suhai, and G. Seifert, Phys. Rev. B 58, 7260 ( 1998).
37. Paul Maragakis, Ryan Lee Barnett, Efthimios Kaxiras, Marcus Elstner, and Thomas Frauenheim, Phys. Rev. B 66, 241104 (2002).
38. H. W. Fink and C. Schönenberger, Nature (London) 398, 407 ( 1999).
39. D. Porath, A. Bezryadin, S. de Vries, and C. Dekker, Nature (London) 403, 635 (2000).
40. P. J. de Pablo, F. Moreno-Herrero, J. Colchero, J. Gómez Herrero, P. Herrero, A. M. Baró, Pablo Ordejón, José M. Soler, and Emilio Artacho, Phys. Rev. Lett. 85, 4992 (2000).
41. K.-H. Yoo, D. H. Ha, J.-O. Lee, J. W. Park, Jinhee Kim, J. J. Kim, H.-Y. Lee, T. Kawai, and Han Yong Choi, Phys. Rev. Lett. 87, 198102 ( 2001).
42. B. Gazdi, M. Seel, and J. Ladik, Chem. Phys. 86, 41 (1984).
43. Y. J. Ye and L. L. Shen, J. Comput. Chem. 21, 1109 (2000).
44. Y. A. Berlin, A. L. Burin, and M. A. Ratner, J. Phys. Chem. A 104, 443 (2000).
45. D. M. Basko and E. M. Conwell, Phys. Rev. Lett. 88, 098102 ( 2002).
46. R. N. Barnett, C. L. Cleveland, A. Joy, U. Landman, and G. B. Schuster, Science 294, 567 (2001).
47. R. N. Barnett, C. L. Cleveland, U. Landman, E. Boone, S. Kanvah, and G. B. Schuster, J. Phys. Chem. A 107, 3525 (2003).
48. Francesco Luigi Gervasio, Paolo Carloni, and Michele Parrinello, Phys. Rev. Lett. 89, 108102 (2002).
49. Yu Zhu, Chao-Cheng Kaun, and Hong Guo, Phys. Rev. B 69, 245112 ( 2004).
50. H. Mehrez, S. Walch, and M. P. Anantram, Phys. Rev. B 72, 035441 (2005).
51. Ch. Adessi, S. Walch, and M. P. Anantram, Phys. Rev. B 67, R081405 (2003).
52. Ch. Adessi and M. P. Anantram, Appl. Phys. Lett. 82, 2353 (2003).
53. E. M. Conwell and S. V. Rakhmanova, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 4556 (2000).
54. Y. J. Ye, R. S. Chen, A. Martinez, P. Otto, and J. Ladik, Solid State Commun. 112, 129 (1999).
55. R. Bruinsma, G. Grüner, M. R. D'Orsogna, and J. Rudnick, Phys. Rev. Lett. 85, 4393 (2000).
56. A. A. Voityuk, J. Jortner, M. Bixon, and N. Rösch, J. Chem. Phys. 114, 5614 (2001).
57. A. A. Voityuk, N. Rösch, M. Bixon, and J. Jortner, J. Phys. Chem. B 104, 9740 (2000).
58. D. D. Eley and D. I. Spivey, Trans. Faraday Soc. 58, 411 (1962).
59. Inter-base tight binding coupling between intra-strand nearest neighbor Guanine bases in B-DNA conformation usually takes values between from 100 meV to 600 meV.
60. P. C. Slater and G. F. Koster, Phys. Rev. 94, 1498 (1954).
61. H. Mehrez and M. P. Anantram, Phys. Rev. B 71, 115405 (2005).
62. D. M. Newton, Chem. Rev. 91, 767 (1991).
63. E. Artacho, M. Machado, D. Sánchez-Portal, P. Ordejón, and J. M. Soler, Mol. Phys. 101, 1587 (2003).
64. Stephen P. Walch, Chem. Phys. Lett. 374, 496 (2003).
65. Hea-Yeon Lee, Hidekazu Tanaka, Yoichi Otsuka, Kyung-Hwa Yoo, Jeong-O Lee, and Tomoji Kawai, Appl. Phys. Lett. 80, 1670 (2002);
66. M. Taniguchi, H. Y. Lee, H. Tanaka, and T. Kawai, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 42, L215 (2003).
67. P. T. Henderson, D. Jones, G. Hampikian, Y. Kan, and G. B. Schuster, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 8353 (1999).
68. S. O. Kelley and J. K. Barton, Science 283, 375 (1999).
69. F. D. Lewis, X. Y. Liu, J. Q. Liu, S. E. Miller, R. T. Hayes, and M. R. Wasielewski, Nature (London) 406, 51 (2000).
70. B. Giese, J. Amaudrut, A. Köhler, M. Spormann, and S. Wessely, Nature (London) 412, 318 (2001).
71. Alon A. Gorodetsky, Amie K. Boal, and Jacqueline K. Barton, J. Am. Chem. Soc. 128, 12082 (2006).
72. E. Braun, Y. Eichen, U. Sivan, and G. Ben-Yoseph, Nature (London) 391, 775 (1998).
73. A. J. Storm, J. van Noort, S. de Vries, and C. Dekker, Appl. Phys. Lett. 79, 3881 (2001).
74. R. Landauer, IBM J. Res. Dev. 1, 223 (1957);
75. M. Büttiker, IBM J. Res. Dev. 32, 317 (1988);
76. S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems, Cambridge University Press, New York (1995).
77. DNA.
78. S. Bhattacharya, J. Choi, S. Lodha, D. B. Janes, A. F. Bonilla, K. J. Jeong, and G. U. Lee, Third IEEE conference on NanoTechnology, IEEE-NANO proceedings, USA (2003), Vol. II, p. 311.
79. H. Lin and D. G. Truhlar, Theoretical chemistry accounts. Proceedings of the Tenth Electronic Computational Chemistry Conference (2005).
80. K. P. Eurenius, D. C. Chatfield, B. R. Brooks, and M. Hodoscek, Int. J. Quantum Chem. 60, 1189 (1996).
81. P. Scherwood, Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry, J. von Neumann Institute for Computing, Jülich, NIC Series (2000), Vol. 3, p. 285.
82. I. Antes and W. Thiel, J. Phys. Chem. 103, 9290 (1999).
83. Y. K. Zhang, T. S. Lee, and W. T. Yang, J. Chem. Phys. 110, 46 ( 1999).
84. V. Thery, D. Rinaldi, J.-L. Rivail, B. Maigret, and G. C. Ferenczy, J. Comp. Chem. 15, 269 (1994).
85. G. Monard, M. Loos, V. Thery, K. Baka, and J. L. Rivail, Int. J. Quantum Chem. 58, 153 (1006).
86. J. Gao, P. Amara, C. Alhambra, and M. J. Field, J. Phys. Chem. 102, 4714 (1998).
87. X. Assfeld and J. L. Rivail, Chem. Phys. Lett. 263, 100 (1996).
88. D. Bakowies and W. Thiel, J. Phys. Chem. 100, 10580 (1996).
89. M. J. Field, P. A. Bash, and M. Karplus, J. Comp. Chem. 11, 700 (1990).
90. D. Bakowies and W. Thiel, J. Comp. Chem. 17, 87 (1996).
91. P. L. Cummins and J. E. Gready, Chem. Phys. Lett. 225, 11 (1994).
92. D. M. Philipp and R. A. Friesner, J. Comp. Chem. 20, 1468 (1999).
93. I. Antes and W. Thiel, Combined quantum mechanical and molecular mechanical methods. ACS Symp, Ser., edited by J. Gao and M. A. Thompson, American Chemical Society, Washington, DC (1998), Vol. 712, p. 50.
94. P. Th. Van Duijnen and A. H. de Vries, Int. J. Quantum Chem. 60, 1111 (1996).
95. D. W. Brenner, Phys. Rev. B 42, 9458 (1990).
96. A. C. T. van Duin, S. Dasgupta, F. Lorant, and W. A. Goddard III, J. Phys. Chem. A 105, 9396 (2001).
97. A. C. T. van Duin, A. Strachan, S. Stewman, Q. Zhang, X. Xu, and W. A. Goddard III, J. Phys. Chem. A 107, 3803 (2003).
98. Y. Kim, J. C. Corchado, J. Villa, J. Xing, and D. G. Truhlar, J. Chem. Phys. 112, 2718 (2000).
99. D. G. Truhlar, J. Phys. Chem. 106, 5048 (2002).
100. A. R. Leach, Molecular Modeling: Principles and Applications, Addison-Wesley Longman, Reading, Massachusetts (1996).
101. J. M. Haile, Molecular Dynamics Simulations: Elementary Methods, John Wiley and Sons, New York (1996).
102. M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Oxford Science Publications, Oxford University Press, New York (1997).
103. T. Schlick, Molecular Modeling and Simulation: An Interdisciplinary Guide, Springer Verlag, New York (2002).
104. S. L. Mayo, B. D. Olafson, and W. A. Goddard, J. Phys. Chem. 94, 8897 (1990).
105. S. J. Weiner, P. A. Kollman, D. A. Case, U. C. Singh, C. Ghio, G. Alagona, S. Profeta, Jr., and P. Weiner, J. Am. Chem. Soc. 106, 765 (1984).
106. S. J. Weiner, P. A. Kollman, D. T. Nguyen, and D. A. Case, J. Comp. Chem. 106, 230 (1986).
107. W. D. Cornell, P. Cieplak, C. I. Bayly, I. R. Gould, K. M. Merz, Jr., D. M. Ferguson, D. C. Spellmeyer, T. Fox, J. W. Caldwell, and P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 117, 5179 (1995).
108. B. R. Brooks, R. E. Bruccoleri, B. D. Olafson, D. J. States, S. Swaminathan, and M. Karplus, J. Comp. Chem. 106, 187 (1983).
109. A. D. MacKerell, Jr., J. Wiorkiewicz-Kuczera, and M. Karplus, J. Am. Chem. Soc. 117, 11946 (1995).
110. N. Foloppe and A. D. MacKerell, Jr., J. Comput. Chem. 21, 86 ( 2000).
111. Discover, Versions 2.9.5 &94.0, Biosym. Technologies, San Diego, CA ( 1994).
112. L. D. Schuler, X. Daura, and W. F. van Gunsteren, J. Comp. Chem. 22, 1205 (2001).
113. W. R. P. Scott, P. H. Hunenberger, I. G. Tironi, A. E. Mark, S. R. Billeter, J. Fennen, A. E. Torda, T. Huber, P. Kruger, and W. F. van Gunsteren, J. Phys. Chem. A 103, 3596 (1999).
114. W. L. Jorgensen and J. Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 110, 1657 (1988).
115. W. L. Jorgensen, J. M. Briggs, and M. L. Contreras, J. Phys. Chem. 94, 1683 (1990).
116. M. J. Carlson, Ph.D. thesis, California Institute of Technology (2000).
117. E. Demiralp, T. Cagin, and W. A. Goddard III, Phys. Rev. Lett. 82, 1708 (1999).
118. R. T. Cygan, J. J. Liang, and A. G. Kalinichev, J. Phys. Chem. B 108, 1255 (2004).
119. M. S. Daw and M. I. Baskes, Phys. Rev. Lett. 50, 1285 (1983).
120. J. J. Hoyt, J. W. Garvin, E. B. Webb III, and M. Asta, Modell. Simul. Mater Sci. Eng. 11, 1 (2003).
121. F. H. Stillinger and T. A. Weber, Phys. Rev. B 31, 5262 (1985).
122. R. L. C. Vink, G. T. Barkema, W. F. van der Weg, and N. Mousseau, J. Non-Cryst. Solids. 282, 248 (2001).
123. D. W. Brenner and B. J. Garrison, Phys. Rev. B 34, 1304 (1986).
124. D. W. Brenner, Phys. Rev. B 42, 9459 (1990).
125. J. Tersoff, Phys. Rev. B 93, 5566 (1989).
126. A. T. Hagler and C. S. Ewig, Comp. Phys. Commun. 84, 131 (1994).
127. M. J. Hwang, T. P. Stockfisch, and A. T. Hagler, J. Am. Chem. Soc. 116, 2515 (1994).
128. J. R. Maple, M. J. Hwang, T. P. Stockfisch, U. Dinur, M. Waldman, C. S. Ewig, and A. T. Hagler, J. Comput. Chem. 15, 162 (1994).
129. A. T. Halgren, J. Comp. Chem. 17, 490 (1996).
130. N. L. Allinger, J. Am. Chem. Soc. 99, 8127 (1977).
131. N. L. Allinger, Y. H. Yuh, and J.-H. Lii, J. Am. Chem. Soc. 111, 8551 (1989).
132. N. L. Allinger, K. Chen, and J.-H. Lii, J. Comp. Chem. 17, 642 ( 1996).
133. A. K. Rappe, C. J. Casewit, K. S. Colwell, W. A. Goddard III, and W. M. Skiff, J. Am. Chem. Soc. 114, 10024 (1992).
134. H. Sun, J. Phys. Chem. B 102, 7338 (1998).
135. H. Sun, P. Ren, and J. R. Fried, Comput. Theor Polym. Sci. 8, 229 (1998).
136. J. Yang, Y. Ren, A. Tian, and H. Sun, J. Phys. Chem. B 104, 4951 (2000).
137. M. J. McQuaid, H. Sun, and D. Rigby, J. Comp. Chem. 25, 61 ( 2003).
138. S. Shi, L. Yan, Y. Yang, J. Fisher-Shaulsky, and T. Thacher, J. Comp. Chem. 24, 1059 (2003).
139. T. C. Ionescu, F. Qi, C. McCabe, A. Striolo, J. Kieffer, and P. T. Cummings, J. Phys. Chem. B 110, 2502 (2006).
140. L. Huang and J. Kieffer, J. Chem. Phys. 118, 1487 (2003).
141. L. Huang and J. Kieffer, Phys. Rev. B 69, 224203 (2004).
142. L. Huang and J. Kieffer, Phys. Rev. B 69, 224204 (2004).
143. K. Chenoweth, S. Cheung, A. C. T. van Duin, W. A. Goddard III, and E. M. Kober, J. Am. Chem. Soc. 127, 7192 (2005).
144. A. Strachan, A. C. T. van Duin, D. Chakraborty, S. Dasgupta, and W. A. Goddard III, Phys. Rev. Lett. 91, 098301 (2003).
145. S. S. Han, J. K. Kang, H. M. Lee, A. C. T. van Duin, and W. A. Goddard III, J. Chem. Phys. 123, 114703 (2005).
146. N. Chen, M. T. Lusk, A. C. T. van Duin, and W. A. Goddard, Phys. Rev. B 72, 085416 (2005).
147. Z. Xu, A. C. T. van Duin, W. A. Goddard, and D. P. Tielemann, JACS (2007), submitted.
148. R. S. Mulliken, J. Chem. Phys. 23, 1833 (1955).
149. L. Greengard, The rapid evaluation of potential fields in particle systems, MIT, Cambridge (1987).
150. L. Greengard and V. Rokhlin, J. Comput. Phys. 73, 325 (1987).
151. U. Essmann, L. Perera, M. L. Berkowitz, T. Darden, and L. G. Pedersen, J Chem. Phys. 103, 19 (1995).
152. M. Deserno and C. Holm, J. Chem. Phys. 109, 7678 (1998).
153. Y. Shan, J. L. Klepeis, M. P. Eastwood, R. O. Dror, and D. E. Shaw, J. Chem. Phys. 122, 54101 (2005).
154. H. Q. Ding, N. Karasawa, and W. A. Goddard III, Chem. Phys. Lett. 196, 6 (1992).
155. W. B. Streett, D. J. Tildesley, and G. Saville, Mol. Phys. 35, 639 (1978).
156. R. C. Y. Chin, G. W. Hedstrom, and F. A. Howes, Consideration on Solving Problems with Multiple Scales, Academic Press, Orlando (1985).
157. H. Grubmuller, H. Heller, A. Windemuth, and K. Schulten, Mol. Sim. 6, 121 (1991).
158. R. D. Skeel and J. J. Biesiadecki, Ann. Num. Math. 1, 191 (1994).
159. C. S. Ewig, R. Berry, U. Dinur, J.-R. Hill, M.-J. Hwang, H. Li, C. Liang, J. Maple, Z. Peng, T. P. Stockfisch, T. S. Thacher, L. Yan, X. Ni, and A. T. Hagler, J. Comput. Chem. 22, 1782 (2001).
160. A. K. Rappe and W. A. Goddard III, J Phys. Chem. 95, 3358 (1991).
161. S. W. Rick, S. J. Stuart, and B. J. Berne, J. Chem. Phys. 101, 6141 (1994).
162. S. W. Rick and B. J. Berne, J. Am. Chem. Soc. 118, 672 (1996).
163. D. J. Price and C. L. Brooks III, J. Comp. Chem. 23, 1045 (2002).
164. R. G. Parr and W. Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press, Oxford (1989).
165. D. M. York and W. Yang, J. Chem. Phys. 104, 159 (1996).
166. P. Itskowitz and M. L. Berkowitz, J. Phys. Chem. 101, 5687 ( 1997).
167. P. J. Winn, G. G. Ferenczy, and C. A. Reynolds, J. Comp. Chem. 20, 704 (1999).
168. T. A. Halgren and W. Damm, Curr. Opin. Struct. Biol. 11, 236 ( 2001).
169. D. J. Price and C. L. Brooks III, J. Comput. Chem. 23, 1045 ( 2002).
170. A. Sigel and H. Sigel (eds.), Metal Ions in Biological Systems, Marcel Dekker, Inc., New York (1996), Vols. 32, 33.
171. J. P. Glusker, A. K. Katz, and C. W. Bock, Rigaku J. 16, 8 ( 1999).
172. P. Ren and J. W. Ponder, J. Phys. Chem. B 107, 5933 (2003).
173. G. A. Kaminski, H. A. Stern, B. J. Berne, and R. A. Friesner, J. Phys. Chem. A 108, 621 (2004).
174. N. Gresh, H. Guo, D. R. Salahub, B. P. Roques, and S. A. Kafafi, J. Am. Chem. Soc. 121, 7885 (1999).
175. R. W. Dixon and P. A. Kollman, J. Comp. Chem. 18, 1632 (1997).
176. W. J. Mortier, S. K. Ghosh, and S. J. Shankar, J. Am. Chem. Soc. 108, 4315 (1986).
177. M. R. Sorensen and A. F. Voter, J. Chem. Phys. 112, 9599 (2000).
178. A. F. Voter, Phys. Rev. B 57, 13985 (1998).
179. A. F. Voter, F. Montalenti, and T. C. Germann, Annu. Rev. Mater. Res. 32, 321 (2002).
180. S. Park, F. Khalili-Araghi, E. Tajkhorshid, and K. Schulten, J. Chem. Phys. 119, 3559 (2003).
181. M. Jensen, S. Park, E. Tajkhorshid, and K. Schulten, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 6731 (2002).
182. C. Jarzynski, Phys. Rev. Lett. 78, 14 (1997).
183. C. Jarzynski, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 7 (2001).
184. J. R. Gullingsrud, R. Braun, and K. Schulten, J. Comp. Phys. 151, 190 (1999).
185. H. Lu and K. Schulten J. Chem. Phys. 247, 141 (1999).
186. S. Izrailev, A. R. Crofts, E. A. Berry, and K. Schulten, Biophys. J. 77, 1753 (1999).
187. S. Stepaniants, S. Izrailev, and K. Schulten, J. Mol. Modeling 3, 473 (1997).
188. G. Hummer and A. Szabo, Biophys. J. 85, 5 (2003).
189. J. Norberg and L. Nillson, Acc. Chem. Res. 35, 465 (2002).
190. P. K. Maiti, T. A Pascal, N. Vaidehi, J. Heo, and W. A. Goddard III, Biophys. J. 90, 1463 (2006).
191. T. E. Cheatham III and M. A. Young, Biopolymers 56, 232 (2001).
192. M. Levitt, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 47, 251 (1983).
193. B. Tidor, K. K. Irikura, B. R. Brooks, and M. Karplus, J. Biomol. Struct. Dyn. 1, 231 (1983).
194. M. Prabhakaran and S. C. Harvey, J. Phys. Chem. 89, 5767 (1985).
195. K. Boehncke, M. Nonella, K. Schulten, and A. H. J. Wang, Biochemistry 30, 5465 (1991).
196. D. R. Langley, T. W. Doyle, and D. L. Beveridge, J. Am. Chem. Soc. 113, 4395 (1991).
197. V. Fritsch and E. Westhof, J. Chem. Phys. Phys. Chem. Biol. 88, 2543 (1991).
198. Y. Kawakami and A. J. Hopfinger, Anti-Cancer Drug Des. 7, 181 ( 1992).
199. M. Y. Song and M. S. Jhon, J. Mol. Struct. (Theochem.) 89, 33 ( 1992).
200. G. Ravishanker, S. Swaminathan, D. L. Beveridge, R. Lavery, and H. Sklenar, J. Biomol. Struct. Dyn. 6, 669 (1989).
201. M. Rueda, S. G. Kalko, F. J. Luque, and M. Orozco, J. Am. Chem. Soc. 125, 8007 (2003).
202. D. L. Beveridge, S. Swaminathan, G. Ravishanker, J. M. Withka, J. Srinivasan, C. Prevost, S. Louise-May, D. R. Langley, F. M. DiCapua, P. H. Bolton, F. Vovelle, and J. M. Goodfellow, Water and Biological Molecules, CRC Press, Boca Radon (1993), pp. 165, 244.
203. C. J. Cramer and D. G. Truhlar, Chem. Rev. 99, 2161 (1999).
204. A. Jaramillo and S. J. Wodak, Biophys. J. 88, 156 (2005).
205. J. Wagoner and N. A. Baker, J. Comput. Chem. 25, 1623 (2004).
206. V. Tsui and D. A. Case, Biopolymers 56, 275 (2001).
207. J. Tomasi and M. Perisco, Chem. Rev. 94, 2027 (1994).
208. K. A. Dill, T. M. Truskett, V. Vlachy, and B. Hribar-Lee, Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 34, 173 (2005).
209. G. C. Lynch, J. S. Perkyns, and B. M. Pettitt, J. Comp. Phys. 151, 135 (1999).
210. M. R. Shirts and V. S. Pande, J. Chem. Phys. 122, 144107 (2005).
211. B. Guillot, J. Mol. Liq. 101, 219 (2002).
212. W. L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J. D. Madura, R. W. Impey, and M. L. Klein, J. Chem. Phys. 79, 926 (1983).
213. M. W. Mahoney and W. L. Jorgensen, J. Chem. Phys. 112, 8910 ( 2000).
214. F. H. Stillinger and A. Rahman, J. Chem. Phys. 60, 1545 (1974).
215. D. van der Spoel, P. J. van Maaren, and H. J. C. Berendsen, J. Chem. Phys. 108, 10220 (1998).
216. M. N. de Oliviera, J. Comput. Chem. 7, 629 (1986).
217. B. Schneider and H. M. Berman, Biophys. J. 69, 2661 (1995).
218. M. Feig and B. M. Pettitt, J. Mol. Biol. 286, 1075 (1999).
219. H. Singh, S. J. Weiner, and P. A. Kollman, Proc. Natl. Acad. Sci. 82, 755 (1985).
220. N. J. Tao, S. M. Linsway, and A. Rupprecht, Biopolymers 28, 1019 (1989).
221. A. V. Teplukhin, V. B. Zhurkin, and V. I. Poltev, Mol. Biol. 30, 75 (1996).
222. V. Makarov, B. M. Pettitt, and M. Feig, Acc. Chem. Res. 35, 376 (2002).
223. T. V. Chalikian, G. E. Plum, and K. J. Breslauer, Biochemistry 33, 8629 (1994).
224. F. Eisenhaber, J. H. Mannik, and V. G. Tumanyan, Biopolymers 29, 1453 (1990).
225. F. M. Pohl, Nature 260, 365 (1976).
226. Y. Nishimura, C. Torigoe, and M. Tsuboi, Nucl. Acids Res. 14, 2737 (1986).
227. A. D. MacKerell Jr. and N. K. Banavali, J. Comp. Chem. 21, 105 ( 2000).
228. S. Arnott and E. Selsing, J. Mol. Biol. 88, 551 (1974).
229. E. Lesnik and S. M. Freier, Biochemistry 34, 10807 (1995).
230. B. I. Kankia and L. A. Marky, J. Phys. Chem. B 103, 8759 (1997).
231. M. R. Conte, G. L. Conn, T. Brown, and A. N. Lane, Nucl. Acid. Res. 25, 2627 (1997).
232. S. Wang and T. E. Kool, Biochemistry 34, 4125 (1995).
233. J. Norberg and L. Nilsson, J. Chem. Phys. 104, 6052 (1996).
234. T. E. Cheatham and P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 119, 4805 ( 1997).
235. P. Auffinger and W. E. Westhof, J. Mol. Biol. 300, 1113 (2000).
236. D. E. Draper, RNA 10, 335 (2004).
237. M. Feig and B. M. Pettitt, Biophys. J. 77, 1769 (1999).
238. P. Auffinger, L. Bielecki, and E. Westhof, Structure 12, 379 ( 2004).
239. A. D. MacKerell Jr., J. Comput. Chem. 25, 1584 (2004).
240. N. Spackova, I. Berger, and J. Sponer, J. Am. Chem. Soc. 122, 7564 (2000).
241. N. Spackova, I. Berger, M. Egli, and J. Sponer, J. Am. Chem. Soc. 120, 6417 (1998).
242. M. Feig and B. M. Pettitt, J. Phys. Chem. B 101, 7361 (1997).
243. M. Feig and B. M. Pettitt, Biophys. J. 75, 134 (1998).
244. S. Y. Reddy, F. Leclerc, and M. Karplus, Biophys. J. 84, 1421 ( 2003).
245. P. Hobza, M. Kabelac, J. Sponer, P. Mejzlik, and J. Vondrasek, J. Comp. Chem. 18, 1136 (1997).
246. J. Sponer, J. Leszczynski, and P. Hobza, J. Phys. Chem. 100, 1965 (1996).
247. T. A. Halgren, J. Comp. Chem. 20, 730 (1999).
248. W. Ponder and D. A. Case, Adv. Prot. Chem. 66, 27 (2003).
249. I. K. Roterman, M. H. Lambert, K. D. Gibson, and H. A. Scheraga, J. Biomol. Struct. Dyn. 7, 421 (1989).
250. M. M. Teeter and D. A. Case, J. Phys. Chem. 94, 8091 (1990).
251. J. K. Cheung and T. M. Truskett, Biophys. J. 89, 2372 (2005).
252. A. Y. Shih, A. Arkhipov, P. L. Freddolino, and K. Schulten, J. Phys. Chem. B 110, 3674 (2006).
253. M. Nanias, M. Chinchio, J. Pillardy, D. R. Ripoll, and H. A. Scheraga, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 1706 (2003).
254. H. L. Tepper and G. A. Voth, J. Chem. Phys. 122, 124906 (2005).
255. N. G. Hunt and J. E. Hearst, J. Chem. Phys. 95, 9329 (1991).
256. A. Balaeff, C. R. Koudella, L. Mahadevan, and K. Schulten, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 362, 1355 (2004).
257. A. J. Spakowitz and Z. G. Wang, Biophys. J. 88, 3912 (2005).
258. W. S. Klug, M. T. Feldmann, and M. Ortiz, Comput. Mech. 35,146 ( 2005),
259. J. Langowski, Eur. Phys. J. E Soft Matter. 19, 241 (2006).
260. P. Schuster, W. Fontana, P. F. Stadler, and I. L. Hofacker, Proc. Roy. Soc. London B 255, 279 (1994).
261. J. Trylska, V. Tozzini, and J. A. McCammon, Biophys. J. 89, 1455 (2005).
262. M. K. Kim, W. Li, B. A. Shapiro, and G. S. Chirikjian, J. Biomol. Struct. Dyn. 21, 3 (2003).
263. R. Goetz and R. Lipowsky, J. Chem. Phys. 108, 7397 (1998).
264. S. J. Marrink, A. H. de Vries, and A. E. Mark, J. Phys. Chem. B 108, 750 (2004).
265. P. J. Flory, Statistical Mechanics of Chain Molecules, Interscience, New York (1969).
266. M. Doi and S. F. Edwards, The Theory of Polymer Dynamics, Oxford University Press, Oxford (1968).
267. J. F. Marko and E. D. Siggia, Macromolecules 28, 8759 (1995).
268. A. Balaeff, L. Mahadevan, and K. Schulten, Phys. Rev. Lett. 83 4900 (1999).
269. D. A. Kessler and Y. Rabin, J. Chem. Phys. 118, 897 (2003).
270. M. L. Huertas, S. Navarro, M. C. Lopez-Martines, and J. Garcia de la Torre, Biophys. J. 73, 3142 (1997).
271. K. Drukker, G. Wu, and G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 114, 579 ( 2001).
272. B. Mergell, M. R. Ejtehadi, and R. Everaers, Phys. Rev. E 68, 021911 (2003).
273. H. L. Tepper and G. A. Coth, J. Chem. Phys. 122, 124906 (2005).
274. T. A. Pascal, N. Vaidehi, and W. A. Goddard III, Proc. MSC Ann. Meeting Caltech, Pasadena (2005).
275. W. Olson, Curr. Opin. Struct. Biol. 6, 242 (1996).
276. W. K. Olson and V. B. Zhurkin, Curr. Opin. Struct. Biol. 10, 286 (2000).
277. B. D. Coleman, W. W. Olson, and D. Swigon, J. Chem. Phys. 118, 7127 (2003).
278. J. Huang and T. Schlick, J. Chem. Phys. 117, 8573 (2002).
279. B. Hille, Ionic Channels of Excitable Membranes, Sinauer Associates Inc., Sunderland, MA (1984).
280. G. Schatz and B. Dobberstein, Science 271, 1519 (1996).
281. B. Driselkelmann, Microbiol. Rev. 58, 293 (1994).
282. T. A. Kokjohn and K. Ippen-Ihler, Gene Transfer in the Environment, McGraw-Hill, New York (1989).
283. J. O. Bustamante, H. Oberleithner, J. A. Hanover, and A. Liepins, J. Membr. Biol. 146, 253 (1995).
284. G. R. Whittaker and A. Helenius, Virology 246, 1 (1998).
285. B. Hans, E. Leal-Pinto, L. A. Bruggeman, T. D. Copeland, and P. E. Klotman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 1921 (1998).
286. P. Mitchell, Nat. Biotechnol. 19, 717 (2001).
287. J. B. Heng, A. Aksimentiev, C. Ho, V. Dimitrov, T. W. Sorsch, J. F. Miner, W. M. Mansfield, K. Schulten, and G. Timp, Bell Labs Technical J. 10, 5 (2005).
288. D. A. Fitzgerald, American Genomic/Proteomic Technology (2003), p. 24.
289. L. Q. Gu, O. Braha, S. Conlan, S. Cheley, and H. Bayley, Nature 398, 686 (1999).
290. H. Bayley and P. Cremer, Nature 413, 226 (2001).
291. J. Kasianowicz, E. Brandin, D. Branton, and D. Deamer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 1079 (1996).
292. M. Akeson, D. Branton, J. Kasianowicz, E. Brandin, and D. Deamer, Biophys. J. 77, 3227 (1999).
293. G. Menestrina, J. Membr. Biol. 90, 177 (1986).
294. D. W. Deamer and M. Akeson, Trends in Biotechnology 18, 147 ( 2000).
295. D. Branton and J. Golovchenko, Nature 398, 660 (1999).
296. M. W. Brock and V. Stole, Proc. Biophys. Soc. Meeting, Salt Lake City, UT (2006).
297. D. K. Lubensky and D. R. Nelson, Biophys. J. 77, 1824 (1999).
298. W. Sung and P. J. Park, Phys. Rev. Lett. 77, 783 (1996).
299. M. Muthukumar, J. Chem. Phys. 111, 10371 (1999).
300. M. Muthukumar, Phys. Rev. Lett. 86, 3188 (2001).
301. M. Muthukumar, J. Chem. Phys. 118, 5174 (2003).
302. E. Slonkina and A. Kolomeisky, J. Chem. Phys. 118, 7112 (2003).
303. J. T. O'Keeffe, I. Cozmuta, and V. Stolc, Proc. IEEE, San Francisco, CA (2003).
304. A. Meller, L. Nivon, and D. Branton, Phys. Rev. Lett. 86, 3435 ( 2001).
305. M. Muthukumar, Electrophoresis 23, 1417 (2002).
306. O. Flomenbom and J. Klafter, Phys. Rev. E 68, 1 (2003).
307. A. Meller, J. Phys. Cond. Matter 15, R581 (2003).
308. B. Roux, J. Gen. Physiol. 114, 605 (1999).
309. C. Y. Kong and M. Muthukumar, Electrophoresis 23, 2697 (2002).
310. D. G. Levitt, J. Gen. Phys. 113, 789 (1999).
311. D. P. Tieleman, P. C. Biggin, G. R. Smith, and M. S. Sansom, Qtly. Rep. Biophys. 34, 473 (2001).
312. R. J. Mashl, Y. Tang, J. Schnitzer, and E. Jakobsson, Biophys. J. 81, 2473 (2001).
313. S. Kuyucak, O. S. Andersen, and S. H. Chung, Rep. Prog. Phys. 64, 1427 (2001).
314. I. H. Shrivastava and M. P. Sansom, Biophys. J. 78, 557 (2000).
315. S. Y. Noskov, W. Im, and B. Roux, Biophys. J. 87, 2299 (2004).
316. I. Cozmuta, J. T. O'Keeffe, D. Bose, and V. Stolc, J. Mol. Sim. 31, 79 (2005).
317. A. Aksimentiev and K. Schulten, Biophys. J. 88, 3745 (2005).
318. J. Mathe, A. Aksimentiev, D. R. Nelson, K. Schulten, and A. Meller, PNAS 102, 12377 (2005).
319. A. Aksimentiev, J. B. Heng, G. Timp, and K. Schulten, Biophys. J 87, 2086 (2004).
320. J. A. Wendel and W. A. Goddard III, J. Chem. Phys. 97, 5048 ( 1992).
321. I. Cozmuta and V. Stolc, J. Comput. Theor. Nanosci. (2007), in press.
322. I. Cozmuta and V. Stolc, Proc. Biophys. Soc. Meeting, Salt Lake City, UT (2006).
323. M. J. Buehler, J. Dodson, P. Meulbroek, A. C. T. van Duin, and W. A. Goddard III, Mater. Res. Soc. Proceedings, Combinatorial Methods and Informatics in Materials Science (2006) Vol. 894, p. LL3.8.
324. M. J. Buehler, A. C. T. V. Duin, and W. A. Goddard III, Phys. Rev. Lett. 96, 95505 (2006).
325. S. Jha, M. J. Harvey, P. V. Coveney, N. Pezzi, S. Pickles, R. Pinning, and P. Clarke, Proc. ACM/IEEE SC05, Seattle, WA (2005).