Les champs de force de CHARMM pour les protéines comprennent: atome uni (parfois appelé atome étendu) CHARMM19, CHARMM22 tout atome et sa variante corrigée du potentiel dièdre CHARMM22 / CMAP, ainsi que les versions ultérieures CHARMM27 et CHARMM36 et diverses modifications telles que CHARMM36m et CHARMM36IDPSFF. Dans le champ de force de la protéine CHARMM22, les charges partielles atomiques ont été dérivées de calculs chimiques quantiques des interactions entre les composés modèles et l’eau. De plus, CHARMM22 est paramétré pour le modèle d’eau explicite TIP3P. Néanmoins, il est souvent utilisé avec des solvants implicites. En 2006, une version spéciale de CHARMM22/CMAP a été réparée pour une utilisation cohérente avec le solvant implicite GBSW.

Le champ de force CHARMM22 a la fonction d’énergie potentielle suivante:

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 é d r a l s k ϕ + ∑ i m p r o p r e 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 o n b o n d e d ( ϵ + q i q j ϵ r i j ) {\displaystyle {\begin{aligné}V=&\sum _{liens}k_{b}(b-b_{0})^{2}+\sum _{angles}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 _{non lié}\left(\epsilon\left +{\frac{q_{i} q_{j}} {\epsilon r_{ij}}}\right)\end{aligné}}}

Les termes bond, angle, dièdre et non lié sont similaires à ceux trouvés dans d’autres champs de force tels que AMBER. Le champ de force CHARMM comprend également un terme impropre tenant compte de la flexion hors plan (qui s’applique à tout ensemble de quatre atomes qui ne sont pas liés successivement), où k ω {\displaystyle k_{\omega}}

est la constante de force et ω-ω 0 {\displaystyle\omega-\omega_{0}}

est l’angle hors plan. Le terme Urey-Bradley est un terme croisé qui représente 1,3 interactions non liées non prises en compte par les termes bond et angle; k u {\displaystyle k_{u}}

est la constante de force et u {\displaystyle u}

est la distance entre les 1,3 atomes.

Pour l’ADN, l’ARN et les lipides, CHARMM27 est utilisé. Certains champs de force peuvent être combinés, par exemple CHARMM22 et CHARMM27 pour la simulation de la liaison protéine-ADN. En outre, les paramètres pour le NAD +, les sucres, les composés fluorés, etc., peut être téléchargé. Ces numéros de version de champ de force se réfèrent à la version de CHARMM où ils sont apparus pour la première fois, mais peuvent bien sûr être utilisés avec les versions ultérieures du programme exécutable CHARMM. De même, ces champs de force peuvent être utilisés dans d’autres programmes de dynamique moléculaire qui les prennent en charge.

En 2009, un champ de force général pour les molécules de type médicamenteux (CGenFF) a été introduit. Il « couvre un large éventail de groupes chimiques présents dans les biomolécules et les molécules de type médicament, y compris un grand nombre d’échafaudages hétérocycliques ». Le champ de force général est conçu pour couvrir toute combinaison de groupes chimiques. Cela s’accompagne inévitablement d’une diminution de la précision pour représenter une sous-classe particulière de molécules. Les utilisateurs sont avertis à plusieurs reprises sur le site Web de Mackerell de ne pas utiliser les paramètres CGenFF pour les molécules pour lesquelles des champs de force spécialisés existent déjà (comme mentionné ci-dessus pour les protéines, les acides nucléiques, etc.).

CHARMM inclut également des champs de force polarisables à l’aide de deux approches. L’un est basé sur le modèle de charge fluctuante (FQ), également appelé Équilibration de charge (CHEQ). L’autre est basé sur le modèle de la coque de Drude ou de l’oscillateur à dispersion.

Les paramètres de tous ces champs de force peuvent être téléchargés gratuitement sur le site Web de Mackerell.