Simulating monovalent and divalent ions in aqueous solution using a drude polarizable force field

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 6, Issue 3, 2010, Pages 774-786

  Yu, Haibo ^a   Whitfield, Troy W ^b,e   Harder, Edward ^a   Lamoureux, Guillaume ^c   Vorobyov, Igor ^d,f   Anisimov, Victor M ^d   MacKerell Jr , Alexander D ^d   Roux, Benoît ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^b ARGONNE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c Gina Cody School of Engineering and Computer Science   (Canada)

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

^e UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS   (United States)

^f UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 77950132714     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct900576a     Document Type: Article

References (98)

1. Hille, B. Ion channels of excitable membranes, 3rd ed.; Sinauer Associates: Sunderland, MA, 2001.
2. Page, M. J.; Di Cera, E. Physiol. Rev. 2006, 86, 1049-1092.
3. Dudev, T.; Lim, C. Chem. Rev. 2003, 103, 773-787.
4. Torrance, J. W.; MacArthur, M. W.; Thornton, J. M. Proteins Struct. Funct. Bioinformatics 2008, 71, 813-830.
5. Schumacher, M.; Rivard, A.; Bachinger, H.; Adelman, J. Nature 2001, 410, 1120-1124.
6. Sakharov, D.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4921-4929.
7. Bloomfield, V. Biopolymers 1991, 31, 1471-1481.
8. Cate, J.; Gooding, A.; Podell, E.; Zhou, K.; Golden, B.; Kundrot, C.; Cech, T.; Doudna, J. Science 1996, 273, 1678-1685.
9. Fang, X.; Pan, T.; Sosnick, T. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 1091-1095.
10. Draper, D.; Grilley, D.; Soto, A. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2005, 34, 221-243.
11. Woodson, S. Curr. Opin. Chem. Biol. 2005, 9, 104-109.
12. Qu, X.; Smith, G. J.; Lee, K. T.; Sosnick, T. R.; Pan, T.; Scherer, N. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 6602-6607.
13. Åqvist, J. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8021-8024.
14. Beglov, D.; Roux, B. J. Chem. Phys. 1994, 100, 9050-9063.
15. Jensen, K. P.; Jorgensen, W. L. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1499-1509.
16. Joung, I. S.; Cheatham, T. E. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9020-9041.
17. Joung, I. S.; Cheatham, T. E. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13279-13290.
18. Carlsson, J.; Aqvist, J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 10255-10260.
19. Roux, B. Chem. Phys. Lett. 1993, 212, 231-240.
20. Allen, T. W.; Andersen, O. S.; Roux, B. Biophys. J. 2006, 90, 3447-3468.
21. Bucher, D.; Guidoni, L.; Maurer, P.; Rothlisberger, U. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2173-2179.
22. Yu, H. B.; Roux, B. Biophys. J. 2009, 97, L15-L17.
23. Rick, S. W.; Stuart, S. J. Rev. Comput. Chem. 2002, 89-146.
24. Yu, H. B.; van Gunsteren, W. F. Comput. Phys. Commun. 2005, 172, 69-85.
25. Warshel, A.; Kato, M.; Pisliakov, A. V. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 2034-2045.
26. Lopes, P. E. M.; Roux, B.; MacKerell, A. D., Jr. Theor. Chem. Acc. 2009, 124, 11-28.
27. Dang, L. X.; Rice, J. E.; Caldwell, J.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2481-2486.
28. Grossfield, A.; Ren, P.; Ponder, J. W. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 15671-15682.
29. Lamoureux, G.; Roux, B. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3308-3322.
30. Jiao, D.; King, C.; Grossfield, A.; Darden, T.; Ren, P. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18553-18559.
31. Drude, P. Lehrbuch der Optik; S. Hirzel: Leipzig, 1900.
32. Sangster, M. J. L.; Dixon, M. Adv. Phys. 1976, 25, 247-342.
33. Lamoureux, G.; Roux, B. J. Chem. Phys. 2003, 119, 3025-3039.
34. Lamoureux, G.; MacKerell, A. D., Jr.; Roux, B. J. Chem. Phys. 2003, 119, 5185-5197.
35. Lamoureux, G.; Harder, E.; Vorobyov, I. V.; Roux, B.; MacKerell, A. D., Jr. Chem. Phys. Lett. 2006, 418, 245-249.
36. Dick, B. G., Jr.; Overhauser, A. W. Phys. Rev. 1958, 112, 90.
37. Cochran, W. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 1971, 2, 1-44.
38. van Maaren, P. J.; van der Spoel, D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 2618-2626.
39. Kunz, A. P.; van Gunsteren, W. F. J Phys Chem A 2009, 113, 11570-11579.
40. Vorobyov, I.; Anisimov, V. M.; Greene, S.; Venable, R. M.; Moser, A.; Pastor, R. W.; MacKerell, A. D., Jr. J. Chem. Theor. Comput. 2007, 3, 1120-1133.
41. Lopes, P. E. M.; Lamoureux, G.; Roux, B.; MacKerell, A. D., Jr. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2873-2885.
42. Anisimov, V. M.; Vorobyov, I. V.; Roux, B.; MacKerell, A. D., Jr. J. Chem. Theor. Comput. 2007, 3, 1927-1946.
43. Harder, E.; Anisimov, V. M.; Whitfield, T. W.; MacKerell, A. D., Jr.; Roux, B. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 3509-3521.
44. Lopes, P. E. M.; Lamoureux, G.; Mackerell, A. D., Jr. J. Comput. Chem. 2009, 30, 1821-1838.
45. Harder, E.; MacKerell, A. D., Jr.; Roux, B. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2760-2761.
46. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: Oxford, 1987.
47. Tuckerman, M.; Berne, B. J.; Martyna, G. J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 1990-2001.
48. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187-217.
49. Thole, B. T. Chem. Phys. 1981, 59, 341-350.
50. van der Hoef, M. A.; Madden, P. A. Mol. Phys. 1998, 94, 417-433.
51. Whitfield, T. W.; Martyna, G. J. Chem. Phys. Lett. 2006, 424, 409-413.
52. Piquemal, J. P.; Perera, L.; Cisneros, G. A.; Ren, P.; Pedersen, L. G.; Darden, T. A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 054511.
53. Deng, Y.; Roux, B. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16567-16576.
54. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8593.
55. Nosé, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511-519.
56. Hoover, W. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695-1697.
57. Martyna, G.; Tobias, D.; Klein, M. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4177-4189.
58. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-341.
59. Martyna, G. J.; Tuckerman, M. E.; Tobias, D. J.; Klein, M. L. Mol. Phys. 1996, 87, 1117-1157.
60. Kumar, S.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A.; Rosenberg, J. M. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011-1021.
61. Asthagiri, D.; Pratt, L. R.; Ashbaugh, H. S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2702-2708.
62. Harder, E.; Roux, B. J. Chem. Phys. 2008, 129, 234706.
63. Kastenholz, M.; Hunenberger, P. J. Chem. Phys. 2006, 124, 124106.
64. Kastenholz, M. A.; Huenenberger, P. H. J. Chem. Phys. 2006, 124, 224501.
65. Mahan, G. Phys. Rev. A 1980, 22, 1780-1785.
66. Hattig, C.; Hess, B. A. J. Chem. Phys. 1998, 108, 3863-3870.
67. Coker, H. J. Phys. Chem. 1976, 80, 2078-2084.
68. Coker, H. J. Phys. Chem. 1976, 80, 2084-2091.
69. Pyper, N. C.; Pike, C. G.; Edwards, P. P. Mol. Phys. 1992, 76, 353-372.
70. Jemmer, P.; Fowler, P. W.; Wilson, M.; Madden, P. A. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 8377-8385.
71. Džidič, I.; Kebarle, P. J. Phys. Chem. 1970, 74, 1466-1474.
72. Tissandier, M. D.; Cowen, K. A.; Feng, W. Y.; Gundlach, E.; Cohen, M. H.; Earhart, A. D.; Coe, J. V.; Tuttle, T. R., Jr. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 7787-7794.
73. Feller, D.; Glendening, E. D.; Kendall, R. A.; Peterson, K. A. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4981-4997.
74. Glendening, E. D.; Feller, D. J. Phys. Chem. 1995, 99, 3060-3067.
75. Borodin, O.; Bell, R. L.; Li, Y.; Bedrov, D.; Smith, G. D. Chem. Phys. Lett. 2001, 336, 292-302.
76. Kim, J.; Lee, H. M.; Suh, S. B.; Majumdar, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5259.
77. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J.; 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.
78. Randles, J. Trans. Faraday Soc. 1956, 52, 1573-1581.
79. Noyes, R. M. J. Am. Chem. Soc. 1962, 84, 513-522.
80. Gomer, R.; Tryson, G. J. Chem. Phys. 1977, 66, 4413-4424.
81. Klots, C. E. J. Phys. Chem. 1981, 85, 3585-3588.
82. Marcus, Y. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, 2995-2999.
83. Schmid, R.; Miah, A. M.; Sapunov, V. N. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 97-102.
84. Whitfield, T. W.; Varma, S.; Harder, E.; Lamoureux, G.; Rempe, S. B.; Roux, B. J. Chem. Theory Comput. 2008, 3, 2068.
85. Wagman, D. D.; Evans, W. H.; Parker, V. B.; Schumm, R. H.; Halow, I.; Bailey, S. M.; Churney, K. L.; Nuttall, R. L. J. Phys. Chem. Ref. Data 1982, 11, Supplement No. 2.
86. Peschke, M.; Blades, A. T.; Kebarle, P. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 9978-9985.
87. Peschke, M.; Blades, A. T.; Kebarle, P. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10440-10449.
88. Ohtaki, H.; Radnai, T. Chem. Rev. 1993, 93, 1157-1204.
89. Spangberg, D.; Rey, R.; Hynes, J. T.; Hermansson, K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4470-4477.
90. Varma, S.; Rempe, S. B. Biophys. Chem. 2006, 124, 192-199.
91. Lyubartsev, A. P.; Laasonen, K.; Laaksonen, A. J. Chem. Phys. 2001, 114, 3120-3126.
92. Todorova, T.; Hunenberger, P. H.; Hutter, J. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 779-789.
93. Caminiti, R.; Licheri, G.; Piccaluga, G.; Pinna, G. Chem. Phys. Lett. 1977, 47, 275-278.
94. Martinez, J. M.; Pappalardo, R. R.; Marcos, E. S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 3175-3184.
95. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th ed.; Lide, D. R., Ed.; Taylor and Francis: Boca Raton, FL, 2007.
96. Roux, B. Biophys. J. 1996, 71, 3177-3185.
97. 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.
98. Luo, Y.; Roux, B. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 183-189.