Analysis of solute-solvent interactions in the fragment molecular orbital method interfaced with effective fragment potentials: Theory and application to a solvated griffithsin-carbohydrate complex

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 116, Issue 36, 2012, Pages 9088-9099

  Nagata, Takeshi ^a,b   Fedorov, Dmitri G ^b   Sawada, Toshihiko ^b,c,d   Kitaura, Kazuo ^a,b  

^a KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^b NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY AIST   (Japan)

^c JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY   (Japan)

^d FUJIFILM CORPORATION   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DESOLVATION; EFFECTIVE FRAGMENT POTENTIALS; ENERGY ANALYSIS; ENERGY EXPRESSION; FRAGMENT MOLECULAR ORBITAL METHODS; LIGAND RECOGNITION; PAIR INTERACTION ENERGIES; POLARIZATION ENERGY; SOLUTE-SOLVENT INTERACTION; SOLVENT EFFECTS;

CARBOHYDRATES; ENERGY MANAGEMENT; LIGANDS; MOLECULAR ORBITALS; ORBITAL CALCULATIONS; WATER TREATMENT;

SOLVENTS;

ASPARTIC ACID; CARBOHYDRATE; COORDINATION COMPOUND; GRIFFITHSIN PROTEIN, GRIFFITHSIA; LIGAND; PLANT LECTIN; SOLVENT; TYROSINE;

ARTICLE; CHEMISTRY; METABOLISM; THERMODYNAMICS;

ASPARTIC ACID; CARBOHYDRATES; COORDINATION COMPLEXES; LIGANDS; PLANT LECTINS; SOLVENTS; THERMODYNAMICS; TYROSINE;

EID: 84866332768     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp304991a     Document Type: Article

References (89)

1. Stone, A. J. The Theory of Intermolecular Forces; Oxford: New York, 1996.
2. Kuntz, I. D. Science 1992, 21, 1078-1082
3. Gordon, M. S.; Fedorov, D. G.; Pruitt, S. R.; Slipchenko, L. V. Chem. Rev. 2012, 112, 632-672
4. Jeziorski, B.; Moszynski, R.; Szalewicz, K. Chem. Rev. 1994, 94, 1887
5. Morokuma, K. J. Chem. Phys. 1971, 55, 1236
6. Kitaura, K.; Morokuma, K. Int. J. Quantum Chem. 1976, 10, 325
7. van der Vaart, A.; Merz, K. M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 3321
8. van der Vaart, A.; Merz, K. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9182-9190
9. Gao, J.; Wang, Y. J. Chem. Phys. 2012, 136, 071101
10. Iwata, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 7787-7794
11. Herbert, J. M.; Jacobson, L. D.; Lao, K. U.; Rohrdanz, M. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 7679-7699
12. Ohno, K.; Inokuchi, H. Theor. Chim. Acta (Berlin, Ger.) 1972, 26, 331-350
13. Otto, P.; Ladik, J. Chem. Phys. 1975, 8, 192-200
14. Barandiaran, Z.; Seijo, L. J. Chem. Phys. 1988, 89, 5739-5746
15. Gao, J. L. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 657-663
16. Mei, Y.; Ji, C.; Zhang, J. Z. H. J. Chem. Phys. 2006, 125, 094906
17. Leverentz, H. R.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1573-1584
18. Gordon, M. S.; Mullin, J. M.; Pruitt, S. R.; Roskop, L. B.; Slipchenko, L. V.; Boatz, J. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 9646-9663
19. Huang, L.; Massa, L.; Karle, I.; Karle, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 3664-3669
20. Söderhjelm, P.; Kongsted, J.; Ryde, U. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 1726-1737
21. Mata, R. A.; Stoll, H.; Cabral, B. J. C. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1829-1837
22. Yeole, S. D.; Gadre, S. J. Chem. Phys. 2010, 132, 094102
23. Makowski, M.; Korchowiec, J.; Gu, F. L.; Aoki, Y. J. Comput. Chem. 2010, 31, 1733-1740
24. Kobayashi, M.; Kunisada, T.; Akama, T.; Sakura, D.; Nakai, H. J. Chem. Phys. 2011, 134, 034105
25. He, X.; Merz, K. M. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 405-411
26. Day, P. N.; Jensen, J. H.; Gordon, M. S.; Webb, S. P. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1968-1986
27. DeFusco, A.; Minezawa, N.; Slipchenko, L. V.; Zahariev, F.; Gordon, M. S. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2184
28. Gordon, M. S.; Freitag, M. A.; Bandyopadhyay, P.; Jensen, J. H.; Kairys, V.; Stevens, W. J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 293
29. Day, P. N.; Pachter, R.; Gordon, M. S.; Merrill, G. N. J. Chem. Phys. 2000, 112, 2063-2073
30. Jensen, J. H.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4772
31. Jensen, J. H. J. Chem. Phys. 2001, 114, 8775
32. Adamovic, I.; Gordon, M. S. Mol. Phys. 2005, 103, 379
33. Li, H.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2006, 124, 214108
34. Kitaura, K.; Ikeo, E.; Asada, T.; Nakano, T.; Uebayasi, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 313, 701-706
35. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 6904-6914
36. Fedorov, D. G.; Nagata, T.; Kitaura, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 7562-7577
37. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Chem. Phys. 2004, 120, 6832-6840
38. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Chem. Phys. 2004, 121, 2483-2490
39. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Chem. Phys. 2005, 123, 134103
40. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. Chem. Phys. Lett. 2004, 389, 129-134
41. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Chem. Phys. 2005, 122, 054108
42. Mochizuki, Y.; Tanaka, K.; Yamashita, K.; Ishikawa, T.; Nakano, T.; Amari, S.; Segawa, K.; Murase, T.; Tokiwa, H.; Sakurai, M. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 541-553
43. Chiba, M.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2667-2676
44. Pruitt, S. R.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K.; Gordon, M. S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 1-5
45. Steinmann, C.; Fedorov, D. G.; Jensen, J. H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8705-8712
46. Kitaura, K.; Sugiki, S. I.; Nakano, T.; Komeiji, Y.; Uebayasi, M. Chem. Phys. Lett. 2001, 336, 163-170
47. Nagata, T.; Brorsen, K.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2011, 134, 124115
48. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Comput. Chem. 2007, 28, 222-237
49. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 704-719
50. Mochizuki, Y.; Fukuzawa, K.; Kato, A.; Tanaka, S.; Kitaura, K.; Nakano, T. Chem. Phys. Lett. 2005, 410, 247-253
51. Ishikawa, T.; Mochizuki, Y.; Amari, S.; Nakano, T.; Tokiwa, H.; Tanaka, S.; Tanaka, K. Theor. Chem. Acc. 2007, 118, 937-945
52. Nagata, T.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2009, 131, 024101
53. Nagata, T.; Fedorov, D. G.; Sawada, T.; Kitaura, K.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2011, 134, 034110
54. Nagata, T.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. Theor. Chem. Acc. 2012, 131, 1136
55. Tomasi, J.; Mennucci, B.; Cammi, R. Chem. Rev. 2005, 105, 2999-3093
56. Fedorov, D. G.; Kitaura, K.; Li, H.; Jensen, J. H.; Gordon, M. S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 976-985
57. Nagata, T.; Fedorov, D. G.; Li, H.; Kitaura, K. J. Chem. Phys. 2012, 136, 204112
58. Arora, P.; Slipchenko, L. V.; Webb, S. P.; DeFusco, A.; Gordon, M. S. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 6742
59. Smith, Q. A.; Gordon, M. S.; Slipchenko, L. V. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 11269
60. DeFusco, A.; Ivanic, J.; Schmidt, M. W.; Gordon, M. S. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 4574
61. O'Keefe, B. R.; Vojdani, F.; Buffa, V.; Shattock, R. J.; Montefiori, D. C.; Bakke, J.; Mirsalis, J.; d'Andrea, A.-L.; Hume, S. D.; Bratcher, B.; Saucedo, C. J.; McMahon, J. B.; Pogue, G. P.; Palmer, K. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 6099
62. Sawada, T.; Hashimoto, T.; Tokiwa, H.; Suzuki, T.; Nakano, H.; Ishida, H.; Kiso, M.; Suzuki, Y. Glycoconjugate J. 2008, 25, 805
63. Sawada, T.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 15700-15705
64. Sawada, T.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16862-16872
65. Fedorov, D. G.; Kitaura, K., Eds. The Fragment Molecular Orbital Method: Practical Applications to Large Molecular Systems; CRC Press: Boca Raton, FL, 2009.
66. Nagata, T.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. In Linear-Scaling Techniques in Computational Chemistry and Physics; Zalesny, R.; Papadopoulos, M. G.; Mezey, P. G.; Leszczynski, J., Eds.; Springer: Berlin, 2011.
67. Nakano, T.; Kaminuma, T.; Sato, T.; Fukuzawa, K.; Akiyama, Y.; Uebayasi, M.; Kitaura, K. Chem. Phys. Lett. 2002, 351, 475-480
68. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. Chem. Phys. Lett. 2006, 433, 182-187
69. Dunning, T. H., Jr.; Hay, P. J. In Methods of Electronic Structure Theory; Schaefer, H. F., III, Ed.; Plenum Press: New York, 1977; Chapter 1.
70. Moulaei, T.; Shenoy, S. R.; Giomarelli, B.; Thomas, C.; McMahon, J. B.; Dauter, Z.; O'Keefe, B. R.; Wlodawer, A. Structure 2010, 18, 1104
71. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926
72. Ryckaert, J.-P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327
73. Martyna, G.; Tobias, D.; Klein, M. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4177
74. Feller, S. E.; Yuhong Zhang, R. W. P.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4613
75. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R., Jr.; M. M., K.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179
76. Duan, Y.; Lee, M. C.; Xiong, G.; Zhang, W.; Yang, R.; Cieplak, P.; Luo, R.; Lee, T.; Caldwell, J.; Wang, J.; Kollman, P. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1999
77. Kirschner, K. N.; Yongye, A. B.; Tschampel, S. M.; Gonzälez- Outeiriño, J.; Daniels, C. R.; Foley, B. L.; Woods, R. J. J. Comput. Chem. 2008, 29, 622
78. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952
79. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089
80. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: New York, 1989.
81. Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kale, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1781-1802
82. Humphrey, W. F.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33
83. Adamovic, I.; Freitag, M. A.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2003, 118, 6725
84. Komeiji, Y.; Ishida, T.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Comput. Chem. 2007, 28, 1750-1762
85. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. J.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347-1363
86. Gordon, M. S.; Schmidt, M. W. Theory and Applications of Computational Chemistry, The First Forty Years; Elsevier: Amsterdam, 2005.
87. Fedorov, D. G.; Olson, R. M.; Kitaura, K.; Gordon, M. S.; Koseki, S. J. Comput. Chem. 2004, 25, 872-880
88. Antony, J.; Grimme, S.; Liakos, D. G.; Neese, F. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 11210-11220
89. Murata, K.; Fedorov, D. G.; Nakanishi, I.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 809-817