Efficient model chemistries for peptides. I. General framework and a study of the heterolevel approximation in RHF and MP2 with pople split-valence basis sets

Journal of Computational Chemistry

Volumn 29, Issue 9, 2008, Pages 1408-1422

  Echenique, Pablo ^a   Alonso, José Luis ^a  

^a UNIVERSITY OF ZARAGOZA   (Spain)

Author keywords

Alanine dipeptide; Basis sets; Efficiency; Heterolevel approximation; Model chemistries

Indexed keywords

APPROXIMATION THEORY; COMPUTATIONAL GEOMETRY; COMPUTATIONAL METHODS; MATHEMATICAL MODELS; POTENTIAL ENERGY; VALENCE BANDS;

ALANINE DIPEPTIDES; BASIS SETS; HETEROLEVEL APPROXIMATION; MODEL CHEMISTRIES;

PEPTIDES;

DIPEPTIDE;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; CONFORMATION; QUANTUM THEORY; REPRODUCIBILITY; SURFACE PROPERTY; THERMODYNAMICS;

COMPUTER SIMULATION; DIPEPTIDES; MODELS, CHEMICAL; MOLECULAR CONFORMATION; QUANTUM THEORY; REPRODUCIBILITY OF RESULTS; SURFACE PROPERTIES; THERMODYNAMICS;

EID: 44449137050     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20900     Document Type: Article

References (119)

1. Echenique, P. Contemp Phys 2007, 48, 81.
2. Anfinsen, C. B. Science 1973, 181, 223.
3. Skolnick, J. Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102, 2265.
4. Daggett, V.; Fersht, A. R. Trends Biochem Sci 2003, 28, 18.
5. Honig, B. J Mol Biol 1999, 293, 283.
6. Zhong, H.; Carlson, H. A. J Chem Theory Comput 2006, 2, 342.
7. Toroz, D.; van Mourik, T. Mol Phys 2006, 104, 559.
8. DiStasio, R. A., Jr.; Jung, Y.; Head-Gordon, M. J Chem Theory Comput 2005, 1, 862.
9. Perczel, A.; Hudáky, P.; Füzéry, A. K.; Csizmadia, I. G. J Comp Chem 2004, 25, 1084.
10. Beachy, M.; Chasman, D.; Murphy, R.; Halgren, T.; Friesner, R. J Am Chem Soc 1997, 119, 5908.
11. Hegger, R.; Altis, A.; Nguyen, P.; Stock, G. Phys Rev Lett 2007, 98, 028102.
12. Perczel, A.; Jákli, I.; Csizmadia, I. G. Chem Eur J 2003, 9, 5332.
13. Elstner, M.; Jalkanen, K. J.; Knapp-Mohammady, M.; Frauenheim, Th.; Suhai, S. Chem Phys 2001, 256, 15.
14. Császár, A. G.; Perczel, A. Prog Biophys Mol Biol 1999, 71, 243.
15. Lang, A.; Csizmadia, I. G.; Perczel, A. PROTEINS: Struct Funct Bioinf 2005, 58, 571.
16. Koo, J. C. P.; Chass, G. A.; Perczel, A.; Farkas, Ö.; Torday, L. L.; Varro, A.; Papp, J. G.; Csizmadia, I. G. J Phys Chem A 2002, 106, 6999.
17. Hudáky, P.; Jákli, I.; Császár, A. G.; Perczel, A. J Comp Chem 2001, 22, 732.
18. Rossky, P. J.; Karplus, M. J Am Chem Soc 1979, 101, 1913.
19. Mezei, M.; Mehrotra, P. K.; Beveridge, D. L. J Am Chem Soc 1985, 107, 2239.
20. Head-Gordon, T.; Head-Gordon, M. Frisch, M. J.; Brooks, C., III; Pople, J. Intl J Quant Chem 1989, 16, 311.
21. Perczel, A.; Angyán, J. G.; Kajtar, M.; Viviani, W.; Rivail, J.-L.; Marcoccia, J.-F.; Csizmadia, I. G. J Am Chem Soc 1991, 113, 6256.
22. Head-Gordon, T.; Head-Gordon, M.; Frisch, M. J.; Brooks, C. L., III; Pople, J. A. J Am Chem Soc 1991, 113, 5989.
23. 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.
24. Gould, I. R.; Cornell, W. D.; Hillier, I. H. J Am Chem Soc 1994, 116, 9250.
25. Endrédi, G.; Perczel, A.; Farkas, O.; McAllister, M. A.; Csonka, G. I.; Ladik, J.; Csizmadia, I. G. J Mol Struct (Theochem) 1997, 391, 15.
26. Rodriguez, A. M.; Baldoni, H. A.; Suvire, F.; Nieto Vázquez, R.; Zamarbide, G.; Enriz, R. D.; Farkas, Ö.; Perczel, A.; McAllister, M. A.; Torday, L. L.; Papp, J. G.; Csizmadia, I. G. J Mol Struct (Theochem) 1998, 455, 275.
27. Elstner, M.; Jalkanen, K. J.; Knapp-Mohammady, M.; Suhai, S. Chem Phys 2001, 263, 203.
28. Yu, C.-H.; Norman, M. A.; Schäfer, L.; Ramek, M.; Peeters, A.; van Alsenoy, C. J Mol Struct 2001, 567-568, 361.
29. Iwaoka, M.; Okada, M.; Tomoda, S. J Mol Struct (Theochem) 2002, 586, 111.
30. Vargas, R.; Garza, J.; Hay, B. P.; Dixon, D. A. J Phys Chem A 2002, 106, 3213.
31. Perczel, A.; Farkas, Ö; Jákli, L.; Topol, I. A.; Csizmadia, I. G. J Comp Chem 2003, 24, 1026.
32. Wang, Z.-X.; Duan, Y. J Comp Chem 2004, 25, 1699.
33. Echenique, P.; Calvo, I.; Alonso, J. L. J Comp Chem 2006, 27, 1748.
34. Ponder, J. W.; Case, D. A. Adv Prot Chem 2003, 66, 27.
35. MacKerell, Jr. A. D.; Brooks, B.; Brooks, III, C. L.; Nilsson, L.; Roux, B.; Won, Y.; Karplus, M. In The Encyclopedia of Computational Chemistry, Schleyer, P. V. R.; Schreiner, P. R.; Allinger, N. L.; Clark, T.; Gasteiger, J.; Kollman, P.; Schaefer, III, H. F. Eds.; Wiley: Chichester, 1998; pp.217-277.
36. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J Comp Chem 1983, 4, 187.
37. Van Gunsteren, W. E; Karplus, M. Macromolecules 1982, 15, 1528.
38. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, Jr. I. R.; Merz, K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J Am Chem Soc 1995, 117, 5179.
39. Pearlman, D. A.; Case, D. A.; Caldwell, J. W.; Ross, W. R.; Cheatham, III, T. E.; DeBolt, S.; Ferguson, D.; Seibel, G.; Kollman, P. Comp Phys Commun 1995, 91, 1.
40. Jorgensen, W. L.; Tirado-Rives, J. J Am Chem Soc 1988, 110, 1657.
41. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J Am Chem Soc 1996, 118, 11225.
42. Halgren, T. A. J Comp Chem 1996, 17, 490.
43. MacKerell, Jr. A. R.; Feig, M.; Brooks, III, C. L., J Comp Chem 2004, 25, 1400.
44. MacKerell, Jr. A. R.; Feig, M.; Brooks, III, C. L., J Am Chem Soc 2004, 126, 698.
45. Kang, Y. K.; Park, H. S. J Mol Struct (Theochem) 2002, 593, 55.
46. Kaminski, G. A.; Friesner, R. A.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J Phys Chem B 2001, 105, 6476.
47. Wang, T.; Wade, R. J Chem Theory Comput 2006, 2, 140.
48. Snow, C. D.; Sorin, E. J.; Rhee, Y. M.; Pande, V. S. Annu Rev Biophys Biomol Struct 2005, 34, 43.
49. Schueler-Furman, O.; Wang, C.; Bradley, P.; Misura, K.; Baker, D. Science 2005, 310, 638.
50. Ginalski, K.; Grishin, N. V.; Godzik, A.; Rychlewski, L. Nucleic Acids Res 2005, 33, 1874.
51. Morozov, A. V.; Kortemme, T.; Tsemekhman, K.; Baker, D. Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101, 6946.
52. Gómez-Moreno Calera, C.; Sancho Sanz, J. Eds. Estructura de Proteínas. Ariel ciencia: Barcelona, 2003.
53. Karplus, M.; McCammon, J. A. Nat Struct Biol 2002, 9, 646.
54. Bonneau, R.; Baker, D. Annu Rev Biophys Biomol Struct 2001, 30, 173.
55. Cramer, C. J. Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, 2nd ed.; Wiley: Chichester, 2002.
56. Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry, Wiley: Chichester, 1998.
57. Szabo, A.; Ostlund, N. S. Modern Quantum Chemistry: Introduced to Advanced Electronic Structure Theory, Dover: New York, 1996.
58. Echenique, P.; Alonso, J. L. Mol Phys 2007, 105, 3057.
59. Shao, Y; Molnar, L. F.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenfeld, C.; Brown, S. T.; Gilbert, A. T. B.; Slipchenko, L. V.; Levchenko, S. V; Oneill, 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.; Dachsel, 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. I.; Pieniazek, P. A.; Rhee, Y. M.; Ritchie, J.; Rosta, E.; Sherrill, D. C.; Simmonett, A. C.; Subotnik, J. E.; Woodcock, L. H.; Zhang, W.; Bell, A. T.; Chakraborty, A. K. Phys Chem Chem Phys 2006, 8, 3172.
60. Maurer, P.;Laio, A.; Hugosson, H. W.; Colombo, M. C.; Rothlisberger, U. J Chem Theory Comput 2007, 3, 628.
61. Arnautova, Y. A.; Jagielska, A.; Scheraga, H. A. J Phys Chem B 2006, 110, 5025.
62. Pople, J. A. Rev Mod Phys 1999, 71, 1267.
63. García de la Vega, J. M.; Miguel, B. In Introduction to Advanced Topics of Computational Chemistry, Montero, L. A.; Diaz, L. A.; Bader, R.; Eds.; Editorial de la Universidad de la Habana: La Habana, Cuba, 2003, pp. 41-80, Chapter 3.
64. Helgaker, T.; Taylor, P. R. In Modem Electronic Structure Theory. II. Yarkony, D. R.; Ed.; World Scientific: Singapore, 1995, pp. 725-856.
65. Sancho-García, J. C.; Karpfen, A. Chem Phys Lett 2005, 411, 321.
66. Hobza, P.; Šponer, J. J Am Chem Soc 2002, 124, 11802.
67. Jurečka, P.; Šponer, J.; Černý, J.; Hobza, P. Phys Chem Chem Phys 2006, 8, 1985.
68. Petersson, G. A.; Malick, D. K.; Frisch, M. J.; Braunstein, M. J Chem Phys 2005, 123, 074111.
69. Jensen, F. Theo Chem Acc 2005, 113, 267.
70. Li, Z.-H.; Wong, M. W. Chem Phys Lett 2001, 337, 209.
71. Nyden, M. R.; Petersson, G. A. J Chem Phys 1981, 75, 1843.
72. Jurečka, P.; Hobza, P. Chem Phys Lett 2002, 365, 89.
73. Ignacio, E. W.; Schlegel, H. B. J Comp Chem 1991, 12, 751.
74. Dewar, J. S.; Holder, A. J. J Comp Chem 1989, 3, 311.
75. Nobes, R. H.; Bouma, W. J.; Radom, L. Chem Phys Lett 1982, 89, 497.
76. Pople, J. A.; Frisch, M. J.; Luke, B. T.; Binkley, J. S. Intl J Quant Chem 1983, 17, 307.
77. Crespo-Otero, R.; Montero, L. A.; Stohrer, W.-D.; García de la Vega, J. M. J Chem Phys 2005, 123, 134107.
78. Senent, M. L.; Wilson, S. Intl J Quant Chem 2001, 82, 282.
79. Mayer, I.; Valiron, P. J Chem Phys 1998, 109, 3360.
80. Jensen, F. Chem Phys Lett 1996, 261, 633.
81. Mayer, I. Theo Chem Acc 1987, 72, 207.
82. Boys, S. F.; Bernardi, F. Mol Phys 1970, 19, 553.
83. Jansen, H. B.; Ros, P. Chem Phys Lett 1969, 3, 140.
84. Ditchfield, R.; Hehre, W. J.; Pople, J. J Chem Phys 1971, 54, 724.
85. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J Chem Phys 1972, 56, 2257.
86. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor Chim Acta 1973, 28, 213.
87. Frisch, M. J.; Pople, J. A.; Binkley, J. S. J Chem Phys 1984, 80, 3265.
88. Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J Chem Phys 1980, 72, 650.
89. Binkley, J. S.; Pople, J. A.; Hehre, W. J. J Am Chem Soc 1980, 102, 939.
90. Spitznagel, G. W.; Clark, T.; Chandrasekhar, J.; Schleyer, P. V. R. J Comp Chem 1982, 3, 363.
91. Clark, T.; Chandrasekhar, J.; Spitznagel, G. W.; Schleyer, R V. R. J Comp Chem 1983, 4, 294.
92. Echenique, P.; Alonso, J. L. J Comp Chem 2006, 27, 1076.
93. Curtiss, L. A.; Redfern, P. C.; Raghavachari, K. J Chem Phys 2007, 126, 084108.
94. Császár, A. G. J Mol Struct 1995, 346, 141.
95. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, Jr. J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, Revision C.02. Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
96. Alonso, J. L.; Echenique, P. J Comp Chem 2006, 27, 238.
97. Echenique, P. In progress.
98. Dunning, Jr. T. H.; J Chem Phys 1989, 90, 1007.
99. Kendall, R. A.; Dunning, Jr. T. H.; Harrison, R. J. J Chem Phys 1992, 96, 6796.
100. DeYonker, N. J.; Cundari, T. R.; Wilson, A. K. J Chem Phys 2006, 124, 114104.
101. DeYonker, N. J.; Grimes, T.; Yockel, S.; Dinescu, A.; Mintz, B. J.; Cundari, T. R.; Wilson, A. K. J Chem Phys 2006, 125, 104111.
102. Topol, I. A.; Burt, S. K.; Deretey, E.; Tang, T.-H.; Perczel, A.; Rashin, A.; Csizmadia, I. G. J Am Chem Soc 2001, 123, 6054.
103. Møller, C.; Plesset, M. S. Phys Rev 1934, 46, 618.
104. Jensen, F. Ann Rep Comp Chem 2005, 1, 1.
105. Hobza, P.; Šponer, J. Chem Rev 1999, 99, 3247.
106. Halls, M. D.; Schlegel, H. B. J Chem Phys 1999, 111, 8819.
107. St.-Amant, A.; Cornell, W. D.; Kollman, P. A.; Halgren, T. A. J Comp Chem 1995, 12, 1483.
108. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J Phys Chem A 2005, 109, 6624.
109. Wang, W Chem Phys Lett 2005, 402, 54.
110. Bordner, A. J.; Cavasotto, C. N.; Abagyan, R. A. J Phys Chem B 2003, 107, 9601.
111. Olsen, J.; Christiansen, O.; Koch, H.; Jørgensen, P. J Chem Phys 1996, 105, 5082.
112. Knowles, P.; Schütz, M.; Werner, H.-J. In Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry, Grotendorst, J.; Ed.; Vol. 3, John von Neumann Institute for Computing: Jülich, 2000, pp. 97-179.
113. Kutzelnigg, W.; Von Herigonte, P. Adv Quantum Chem 1999, 36, 185.
114. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J Chem Theory Comput 2007, 3, 289.
115. Tuma, C.; Boese, A. D.; Handy, N. C. Phys Chem Chem Phys 1999, 1, 3939.
116. González, L.; Mó, O.; Yáñez, M. J Comp Chem 1998, 18, 1124.
117. Van Mourik, T.; Karamertzanis, P. G.; Price, S. L. J Phys Chem 2006, 110, 8.
118. Echenique, P. A bottom-up physical apprach from small peptides to propteins. Methods and ab inito potentials. Ph.D. Thesis, University of Zaragoza, 200. Available online at http://www.pabloechenique.com.
119. Ramek, M.; Momany, F. A.; Miller, D. M.; Schäfer, L. J Mol Struct 1996, 375, 189.