I campi di forza CHARMM per le proteine includono: united-atom (a volte chiamato atomo esteso) CHARMM19, all-atom CHARMM22 e la sua variante di correzione potenziale diedro CHARMM22/CMAP, così come le versioni successive CHARMM27 e CHARMM36 e varie modifiche come CHARMM36m e CHARMM36IDPSFF. Nel campo di forza della proteina CHARMM22, le cariche parziali atomiche sono state derivate da calcoli chimici quantistici delle interazioni tra composti modello e acqua. Inoltre, CHARMM22 è parametrizzato per il modello TIP3P explicit water. Tuttavia, è spesso usato con solventi impliciti. Nel 2006, una versione speciale di CHARMM22/CMAP è stata riparametrizzata per un uso coerente con il solvente implicito GBSW.

Il campo di forza CHARMM22 ha la seguente funzione di energia potenziale:

V = ∑ b o n i d e 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 a l l y k u ( u − u 0 ) 2 + ∑ n o n o n d o e d ( ż + q i q j ż r i j ) {\displaystyle {\begin{aligned}V=&\sum _{obbligazioni}k_{b}(b-b_{0})^{2}+\sum _{angoli}k_{\theta }(\theta\theta _{0})^{2}+\sum _{diedri}k_{\phi }\\&+\sum _{impropers}k_{\omega }(\omega\omega _{0})^{2}+\sum _{Urey-Bradley}k_{u}(u-u_{0})^{2}\\&+\sum _{nonbonded}\left(\epsilon \left+{\frac {q_{i}q_{j}}{\epsilon r_{ij}}}\right)\end{aligned}}}

Il legame, l’angolo diedro, e nonbonded termini sono simili a quelli trovati in altri campi di forza, come l’AMBRA. Il CHARMM campo di forza, inoltre, include un termine improprio di contabilità per out-of-plane flessione (che si applica a qualsiasi set di quattro atomi che non sono successivamente incollato), dove k ω {\displaystyle k_{\omega }}

è la costante di forza e ω − ω 0 {\displaystyle \omega\omega _{0}}

è l’out-of-angolo piano. Il termine Urey-Bradley è un termine incrociato che rappresenta 1,3 interazioni non legate non contabilizzate dai termini di legame e angolo; k u {\displaystyle k_{u}}

è la costante di forza e u {\displaystyle u}

è la distanza tra il 1,3 atomi.

Per DNA, RNA e lipidi, viene utilizzato CHARMM27. Alcuni campi di forza possono essere combinati, ad esempio CHARMM22 e CHARMM27 per la simulazione del legame proteina-DNA. Inoltre, parametri per NAD+, zuccheri, composti fluorurati, ecc., può essere scaricato. Questi numeri di versione del campo di forza si riferiscono alla versione CHARMM in cui sono apparsi per la prima volta, ma possono ovviamente essere utilizzati con le versioni successive del programma eseguibile CHARMM. Allo stesso modo, questi campi di forza possono essere utilizzati all’interno di altri programmi di dinamica molecolare che li supportano.

Nel 2009 è stato introdotto un campo di forza generale per molecole simili a farmaci (CGenFF). “copre una vasta gamma di gruppi chimici presenti in biomolecole e molecole simili a farmaci, tra cui un gran numero di scaffold eterociclici”. Il campo di forza generale è progettato per coprire qualsiasi combinazione di gruppi chimici. Questo inevitabilmente viene fornito con una diminuzione della precisione per rappresentare una particolare sottoclasse di molecole. Gli utenti sono ripetutamente avvertiti nel sito web di Mackerell di non utilizzare i parametri CGenFF per molecole per le quali esistono già campi di forza specializzati (come menzionato sopra per proteine, acidi nucleici, ecc.).

CHARMM include anche campi di forza polarizzabili utilizzando due approcci. Uno è basato sul modello di carica fluttuante (FQ), chiamato anche equilibrio di carica (CHEQ). L’altro è basato sul modello dell’oscillatore della dispersione o della shell di Drude.

I parametri per tutti questi campi di forza possono essere scaricati gratuitamente dal sito web di Mackerell.