MATCH: Un conjunto de herramientas de tipificación atómica para campos de fuerza de mecánica molecular

Presentamos un conjunto de bibliotecas de programas titulado colectivamente tipificador de átomos multipropósito para CHARMM (MATCH) para la asignación automatizada de tipos de átomos y parámetros de campos de fuerza para la simulación de mecánica molecular de moléculas orgánicas. El conjunto de herramientas incluye utilidades para la conversión de múltiples formatos de archivos de estructura química en un grafo molecular. Se ha implementado un motor general de coincidencia de patrones químicos utilizando este grafo, mediante el cual se logra la asignación de tipos de átomos de mecánica molecular, cargas y parámetros de campos de fuerza a través de la comparación con una lista personalizable de fragmentos químicos. Aunque fue diseñado inicialmente para complementar el paquete de simulación CHARMM y los campos de fuerza generando los archivos de datos de topología de entrada y tipo de átomos necesarios, MATCH se puede expandir a cualquier campo de fuerza y programa, y tiene funcionalidad central que lo hace extensible a otras aplicaciones, como la predicción de propiedades basadas en fragmentos. En este trabajo, demostramos la construcción precisa de parámetros atómicos de moléculas dentro de cada campo de fuerza incluido en CHARMM36 a través de estudios de validación cruzada exhaustiva que ilustran que las reglas de incremento de carga de enlace derivadas de un campo de fuerza pueden transferirse a otro. Además, utilizando la sustitución de uno fuera, se muestra que también es posible sustituir parámetros intra e intermoleculares faltantes por los incluidos en un campo de fuerza para completar la parametrización de nuevas moléculas. Finalmente, para demostrar la robustez de MATCH y la cobertura del espacio químico ofrecido por el reciente campo de fuerza general de CHARMM (Vanommeslaeghe, et al., J Comput Chem 2010, 31, 671), se tipifican, parametrizan y minimizan un millón de moléculas de la base de datos de PubChem de pequeñas moléculas.