Die CHARMM-Kraftfelder für Proteine umfassen: einatomiges (manchmal auch als erweitertes Atom bezeichnetes) CHARMM19, allatomiges CHARMM22 und seine diederpotentialkorrigierte Variante CHARMM22 / CMAP sowie spätere Versionen CHARMM27 und CHARMM36 und verschiedene Modifikationen wie CHARMM36m und CHARMM36IDPSFF. Im Proteinkraftfeld CHARMM22 wurden die atomaren Teilladungen aus quantenchemischen Berechnungen der Wechselwirkungen zwischen Modellverbindungen und Wasser abgeleitet. Darüber hinaus ist CHARMM22 für das explizite Wassermodell TIP3P parametriert. Dennoch wird es oft mit impliziten Lösungsmitteln verwendet. Im Jahr 2006 wurde eine spezielle Version von CHARMM22 / CMAP für die konsistente Verwendung mit implizitem Lösungsmittel GBSW neu parametriert.

Das Kraftfeld CHARMM22 hat folgende potentielle Energiefunktion:

V = ∑ b o n d s k b ( b − b 0 ) 2 + ∑ a n g l e s k θ ( θ − θ 0 ) 2 + ∑ d i h e d r a l s k ϕ + ∑ i m p r o p e r s k ω ( ω − ω 0 ) 2 + ∑ U r e y − B r a d l e y k u ( u − u 0 ) 2 + ∑ n a n b o n d e d ( ϵ + q i q j ϵ r i j ) {\displaystyle {\begin{ausgerichtet}V=&\sum _{Bindungen}k_{b}(b-b_{0})^{2}+\sum _{Winkel}k_{\theta }(\theta -\theta _{0})^{2}+\sum _{dihedrals}k_{\phi }\\&+\sum _{impropers}k_{\omega }(\omega -\omega _{0})^{2}+\sum _{Urey-Bradley -} k_{u}(u-u_{0})^{2}\\&+\sum _{unverbunden}\links(\epsilon \links+{\frac {q_{i}q_{j}}{\epsilon r_{ij}}}\rechts)\ende{ausgerichtet}}}

Die Begriffe Bindung, Winkel, Dieder und nicht gebunden ähneln denen in anderen Kraftfeldern wie BERNSTEIN. Das CHARMM-Kraftfeld enthält auch einen unpassenden Begriff, der die Biegung außerhalb der Ebene berücksichtigt (was für jede Menge von vier Atomen gilt, die nicht nacheinander gebunden sind), wobei k ω {\displaystyle k_{\omega }}

die Kraftkonstante ist und ω – ω 0 {\displaystyle \omega −\omega _{0}}

ist der Winkel außerhalb der Ebene. Der Urey-Bradley-Term ist ein Cross-Term, der 1,3 nicht gebundene Interaktionen berücksichtigt, die nicht durch die Bond- und Angle-Terms berücksichtigt werden; k u {\displaystyle k_{u}}

ist die Kraftkonstante und u {\displaystyle u}

ist der Abstand zwischen den 1,3 Atomen. Für DNA, RNA und Lipide wird CHARMM27 verwendet. Einige Kraftfelder können kombiniert werden, zum Beispiel CHARMM22 und CHARMM27 für die Simulation der Protein-DNA-Bindung. Auch Parameter für NAD +, Zucker, fluorierte Verbindungen usw., kann heruntergeladen werden. Diese Kraftfeld-Versionsnummern beziehen sich auf die CHARMM-Version, in der sie zuerst erschienen sind, können aber natürlich mit nachfolgenden Versionen des ausführbaren CHARMM-Programms verwendet werden. Ebenso können diese Kraftfelder in anderen Molekulardynamikprogrammen verwendet werden, die sie unterstützen.

Im Jahr 2009 wurde ein allgemeines Kraftfeld für arzneimittelähnliche Moleküle (CGenFF) eingeführt. Es „deckt ein breites Spektrum chemischer Gruppen ab, die in Biomolekülen und arzneimittelähnlichen Molekülen vorhanden sind, einschließlich einer großen Anzahl heterocyclischer Gerüste“. Das allgemeine Kraftfeld ist so ausgelegt, dass es jede Kombination chemischer Gruppen abdeckt. Dies führt zwangsläufig zu einer Abnahme der Genauigkeit für die Darstellung einer bestimmten Unterklasse von Molekülen. Benutzer werden auf der Website von Mackerell wiederholt davor gewarnt, die CGenFF-Parameter für Moleküle zu verwenden, für die bereits spezialisierte Kraftfelder existieren (wie oben für Proteine, Nukleinsäuren usw. erwähnt).).

CHARMM umfasst auch polarisierbare Kraftfelder mit zwei Ansätzen. Eines basiert auf dem Fluctuating Charge (FQ) -Modell, auch Charge Equilibration (CHEQ) genannt. Der andere basiert auf dem Drude-Shell- oder Dispersionsoszillatormodell.

Parameter für alle diese Kraftfelder können kostenlos von der Mackerell-Website heruntergeladen werden.