Charge equilibration force fields for lipid environments: Applications to fully hydrated DPPC bilayers and DMPC-embedded gramicidin A

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 27, 2009, Pages 9183-9196

  Davis, Joseph E ^a   Patel, Sandeep ^a  

^a UNIVERSITY OF DELAWARE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATOMS; DEUTERIUM; DYNAMICS; ENZYME INHIBITION; HYDRATES; HYDRATION; LIPID BILAYERS; MOLECULAR DYNAMICS; PHOSPHORUS;

ATOMIC CHARGE; BI-LAYER; BILAYER SYSTEMS; BULK VALUE; DIELECTRIC PERMITTIVITIES; DIMYRISTOYLPHOSPHATIDYLCHOLINE; DIPALMITOYL PHOSPHATIDYLCHOLINE; ELECTRON DENSITY PROFILES; FORCE FIELDS; GRAMICIDIN A; HEAD GROUPS; INTERFACIAL DIPOLES; MOLECULAR DIPOLE; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; MOMENT VARIATIONS; ORDER PARAMETER; POLARIZABLE FORCE FIELD; POTENTIAL OF MEAN FORCE; SOLVENT ENVIRONMENTS; WATER DENSITY; WATER DIPOLES; WATER PENETRATION;

SIMULATORS;

EID: 67650079292     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp901088g     Document Type: Article

References (119)

1. Roux, B.; Allen, T.; Berneche, S.; Im, W. Q. Rev. Biophys. 2004, 37, 15-103.
2. Wallin, E.; Von Heijne, G. Protein Sci. 1998, 7, 1029-1038.
3. Stern, H.; Feller, S. E. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3401-3412.
4. Wang, L.; Bose, P. S.; Sigworth, F. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 18528-18533.
5. MacCallum, J. L.; Bennett, W. F. D.; Tieleman, D. P. Biophys. J. 2008, 94, 3393-3404.
6. Kučerka, N.; Liu, Y.; Chu, N.; Petrache, H. I.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F. Biophys. J. 2005, 88, 2626-2637.
7. Kučerka, N.; Nagle, J. F.; Sachs, J. N.; Feller, S. E.; Pencer, J.; Jackson, A.; Katsaras, J. Biophys. J. 2008, 95, 2356-2367.
8. Petrache, H. I.; Dodd, S. W.; Brown, M. F. Biophys. J. 2000, 79, 3172-3192.
9. Erilov, D. A.; Bartucci, R.; Guzzi, R.; Shubin, A. A.; Maryasov, A. G.; Marsh, D.; Dzuba, S. A.; Sportelli, L. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 12003-12013.
10. Marsh, D. Eur. Biophys. J. 2002, 31, 559-562.
11. Mathai, J. C.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F.; Zeidel, M. L. J. Gen. Physiol. 2008, 131, 69-76.
12. Allen, T. W.; Bastug, T.; Kuyucak, S.; Chung, S.-H. Biophys. J. 2003, 84, 2159-2168.
13. Berneche, S.; Roux, B. Biophys. J. 2002, 82, 772-780.
14. Allen, T. W.; Andersen, O. S.; Roux, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 117-122.
15. Dorairaj, S.; Allen, T. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 4943-4948.
16. Aliste, M. P.; Tieleman, D. P. BMC Biochem. 2005, 6, 30.
17. Tieleman, D. P.; MacCallum, J. L.; Ash, W. L.; Kandt, C.; Xu, Z.; Monticelli, L. M. J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18, S1221-S1234.
18. Xu, Z.; Luo, H. H.; Tieleman, D. P. J. Comput. Chem. 2007, 28, 689-697.
19. Feller, S. E. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2000, 5, 217-223.
20. MacCallum, J. L.; Tieleman, D. P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 125-130.
21. Pandit, S. A.; Bostick, D.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2004, 86, 1345-1356.
22. Berkowitz, M. L.; Bostick, D. L.; Pandit, S. A. Chem. Rev. 2006, 106, 1527-1539.
23. Siu, S. W. I.; Vacha, R.; Jungwirth, P.; Bockmann, R. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 125103.
24. Holcomb, C. D.; Clancy, P.; Thompson, S. M.; Zollweg, J. A. Fluid Phase Equilib. 1992, 75, 185-196.
25. Schuler, L. D.; Daura, X.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 1996, 22, 1205-1218.
26. Marrink, S. J.; de Vries, A. H.; Mark, A. E. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 750-760.
27. Marrink, S. J.; Risselada, S.; Yefimov, S.; Tieleman, D. P.; de Vries, A. H. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7812-7824.
28. Monticelli, L.; Kandasamy, S.; Periole, X.; Larson, R.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 819-834.
29. Srinivas, G.; Klein, M. L. Nanotechnology 2007, 18, 205703.
30. Ensing, B.; Nielsen, S. O.; Moore, P. B.; Klein, M. L. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1100-1105.
31. Lopez, C. F.; Nielsen, S. O.; Srinivas, G.; DeGrado, W. F.; Klein, M. L. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 649-655.
32. Im, W.; Feig, M. C. L.; Brooks, I. Biophys. J. 2003, 85, 2900-2918.
33. Tanizaki, S.; Feig, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 548-556.
34. Tanizaki, S.; Feig, M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 124706.
35. Lazaridis, T. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2003, 52, 176-192.
36. Bucher, D.; Raugei, S.; Guidoni, L.; DalPeraro, M.; Rothlisberger, U.; Carloni, P.; Klein, M. L. Biophys. Chem. 2006, 124, 292-301.
37. Halgren, T. A.; Damm, W. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 236-242.
38. Patel, S.; Brooks, I.; Charles, L. Mol. Simul. 2006, 32, 231-249.
39. Koch, D.; Peslherbe, G. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 636-649.
40. Dang, L. X.; Chang, T.-M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 9851-9857.
41. Ren, P.; Ponder, J. W. J. Comput. Chem. 2002, 23, 1497-1506.
42. Rick, S. W.; Berne, B. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 672-679.
43. Rick, S. W.; Stuart, S. J.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1994, 101, 6141-6156.
44. Anisimov, V. M.; Lamoureux, G.; Vorobyov, I. V.; Huang, N.; Roux, B.; MacKerell, A. D., Jr. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 153-168.
45. Vorobyov, I. V.; Anisimov, V. M.; MacKerell, A. D., Jr. J. Phys. Chem B 2005, 109, 18988-18999.
46. Patel, S.; Brooks, I.; Charles, L. J. Chem. Phys. 2006, 124, 204706.
47. Banks, J. L.; Kaminski, G. A.; Zhou, R.; Mainz, D. T.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Chem. Phys. 1999, 110, 741-754.
48. Stern, H. A.; Kaminski, G. A.; Banks, J. L.; Zhou, R.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4730-4737.
49. Kaminski, G. A.; Stern, H. A.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. A. 2004, 108, 621-627.
50. Gresh, N.; Garmer, D. R. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1481-1495.
51. Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 6208-6219.
52. Ren, P.; Ponder, J. W. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5933-5947.
53. Jiao, D.; Golubkov, P. A.; Darden, T. A.; Ren, P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 6290-6295.
54. Lamoureux, G.; Roux, B. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3308-3322.
55. Vorobyov, I. V.; Anisimov, V. M.; Greene, S.; Venable, R. M.; Moser, A.; Pastor, R. W.; MacKerell, A. D., Jr. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1120-1133.
56. Mortier, W. J.; Genechten, K. V.; Gasteiger, J. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 829-835.
57. Mortier, W. J.; Ghosh, S. K.; Shankar, S. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 4315-4320.
58. Nalewajski, R. F.; Korchowiec, J.; Zhou, Z. Int. J. Quantum Chem., Quantum Chem. Symp. 1988, 22, 349-366.
59. Patel, S.; Brooks, I.; Charles, L. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1.
60. Rappe, A.; Goddard, I., W. A. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3358-3363.
61. Rick, S. W. J. Chem. Phys. 2001, 114, 2276-2283.
62. Parr, R. G.; Yang, W. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: Oxford, U.K., 1989.
63. Sanderson, R. T. Chemical Bonds and Bond Energy, 2nd ed.; Academic: New York, 1976.
64. Sanderson, R. T. Science 1951, 114, 670-672.
65. Rick, S. W.; Stuart, S. J. In Potentials and Algorithms for Incorporating Polarizability in Computer Simulations. In Reviews in Computational Chemistry; Lipkowitz, K. B., Boyd, D. B., Eds.; John Wiley and Sons, Inc.: New York, 2002; p 89.
66. Douliez, J.-P.; Leonard, A.; Duforc, E. J. Biophys. J. 1995, 68, 1727-1739.
67. Chelli, R.; Procacci, P. J. Chem. Phys. 2002, 117, 9175-9189.
68. Warren, G. L.; Davis, J. E.; Patel, S. J. Chem. Phys. 2008, 128, 144110.
69. Jiao, D.; King, C.; Grossfield, A.; Darden, T.; Ren, P. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18553-18559.
70. Rasmussen, T. D.; Ren, P.; Ponder, J. W.; Jensen, F. Int. J. Quantum Chem. 2006, 107, 1390-1395.
71. Schnieders, M. J.; Baker, N. A.; Ren, P.; Ponder, J. W. J. Chem. Phys. 2007, 126, 124114.
72. Harder, E.; Anisimov, V. M.; Vorobyov, I. V.; Lopes, P. E. M.; Noskov, S. Y.; MacKerell, A. D., Jr.; Roux, B. J. Chem. Theory. Comput. 2006, 2, 1587-1597.
73. Lopes, P. E. M.; Lamoureux, G.; Roux, B.; MacKerell, A. D., Jr. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2873-2885.
74. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471-2474.
75. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
76. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187-217.
77. Kučerka, N.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F. Biophys. J. 2006, 90, L83-L85.
78. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Clarendon Press: Oxford, U.K., 1987.
79. Nosé, S. Mol. Phys. 1984, 52, 255-268.
80. Darden, T.; York, D.; Pederson, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092.
81. Essmann, U.; Darden, T.; Lee, H.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Pederson, L. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8593.
82. Davis, J. E.; Warren, G. L.; Patel, S. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8298-8310.
83. Davis, J. E.; Rahaman, O.; Patel, S. Biophys. J. 2009, 96, 385-402.
84. Klauda, J. B.; Brooks, B. R.; MacKerell, A. D., Jr.; Venable, R. M.; Pastor, R. W. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 5300-5311.
85. Woolf, T. B.; Roux, B. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 5916-5926.
86. MacKerell, A. D., Jr. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1584-1604.
87. Feig, M.; MacKerell, A. D., Jr.; Brooks, C. L., I. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 2831-2836.
88. Pandit, S. A.; Bostick, D.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2003, 84, 3743-3750.
89. Lopez, C. F.; Nielsen, S. O.; Klein, M. L.; Moore, P. B. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6603-6610.
90. Moore, P. B.; Lopez, C. F.; Klein, M. L. Biophys. J. 2001, 81, 2484-2494.
91. Högberg, C.-J.; Nikitin, A. M.; Lyubartsev, A. P. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2359-2369.
92. Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4155-4168.
93. Marrink, S. J.; Sok, R. M.; Berendsen, H. J. C. J. Chem. Phys. 1996, 104, 9090-9099.
94. Tu, K.; Klein, M. L.; Tobias, D. J. Biophys. J. 1998, 75, 2147-2156.
95. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 88th ed.; Lide, D. P., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 2007.
96. Pandit, S. A.; Bostick, D.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2003, 85, 3120-3131.
97. Wang, J.; Wolf, R. M.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A.; Case, D. A. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1157-1174.
98. Chiu, S. W.; Clark, M.; Balaji, V.; Subramaniam, S.; Scott, H. L.; Jakobsson, E. Biophys. J. 1995, 69, 1230-1245.
99. Berger, O.; Edholm, O.; Jahnig, F. Biophys. J. 1997, 72, 2002-2013.
100. Hübner, W.; Mantsch, H. H. Biophys. J. 1991, 59, 1261-1272.
101. Trouard, T. P.; Nevzorov, A. A.; Alam, T. M.; Job, C.; Zajicek, J.; Brown, M. F. J. Chem. Phys. 1999, 110, 8802-8818.
102. Otten, D.; Brown, M. F.; Beyer, K. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 12119-12129.
103. Mendelsohn, R.; Davies, M. A.; Schuster, H. F.; Xu, Z.; Bittman, R. Biochemistry 1991, 30, 8558-8563.
104. Senak, L.; Davies, M. A.; Mendelsohn, R. J. Phys. Chem. 1991, 95, 2565-2571.
105. Carnie, S. L.; Patey, G. N. Mol. Phys. 1982, 47, 1129-1151.
106. Chen, B.; Xing, J.; Siepmann, J. I. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2391-2401.
107. Silvestrelli, P. L.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1999, 111, 3572-3580.
108. Silvestrelli, P. L.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 5415-5415.
109. Watanabe, K.; Klein, M. L. Chem. Phys. 1989, 131, 157-167.
110. Brockman, H. Chem. Phys. Lipids 1994, 73, 57-79.
111. Clarke, R. J. Adv. Colloid Interface Sci. 2001, 89, 263-281.
112. Gawrisch, K.; Ruston, D.; Zimmerberg, J.; Parsegian, V. A.; Rand, R. P.; Fuller, N. Biophys. J. 1992, 61, 1213-1223.
113. Harder, E.; Roux, B. J. Chem. Phys. 2008, 129, 234706.
114. Harder, E.; MacKerell, A. D., Jr.; Roux, B. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2760-2761.
115. Wilson, M. A.; Pohorille, A. J. Chem. Phys. 1989, 90, 5211-5213.
116. Warren, G. L.; Patel, S. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11679-11693.
117. Nymeyer, H.; Zhou, H.-X. Biophys. J. 2008, 94, 1185-1195.
118. Andersen, O.; Koeppe, R. Physiol. Rev. 1992, 72, S89-S158.
119. Woolf, T. B.; Roux, B. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1996, 24, 92-114.