Aspects of Protein Reaction Dynamics: Deviations from Simple Behavior

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 104, Issue 1, 2000, Pages 11-27

  Karplus, Martin ^a,b  

^a UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR   (France)

^b HARVARD UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0001804089     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp993555t     Document Type: Review

References (129)

1. Austin, R. H.; Beeson, K. W.; Eisenstein, L.; Frauenfelder, H.; Gunsalus, I. C. Biochemistry 1975, 14, 5355-5373.
2. Elber, R.; Karplus, M. Science 1987, 235, 318-321.
3. Chandler, D. J. Chem. Phys. 1978, 68, 2959-2970.
4. Weston, R. E.; Schwarz, H. A. Chemical Kinetics: Prentice Hall: New York, 1972.
5. Karplus, M.; Porter, R. N.; Sharma, R. D. J. Chem. Phys. 1965, 43, 3259-3287.
6. Bai, Y. S.; Fayer, M. D. Phys. Rev. 1989, B39, 11066-11084.
7. Greer, J.-L.; Fan, J.; Angell, C. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 13780-13790.
8. Angell, C. A. Science 1995, 267, 1924-1927.
9. Fersht, A. A Guide to Catalysis and Protein Folding; W. H. Freeman & Co.: New York, 1999.
10. Keck, J. C. Adv. Chem. Phys. 1967, 13, 85-121.
11. Anderson, J. B. J. Chem. Phys. 1973, 58, 4684-4692.
12. Wigner, E. P. Trans. Faraday Soc. 1938, 34, 29-41.
13. Grote, R. F.; Hynes, J. T. J. Chem. Phys. 1980, 73, 2715-2732.
14. Montgomery, J. A.; Chandler, D.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1979, 70, 4056-4066.
15. Northrup, S. H.; Pear, M. R.; Lee, C.-Y.; McCammon, J. A.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982, 79, 4035-4039.
16. Skinner, J. L.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 1980, 72, 4913-4927.
17. Knowles, J. R. Philos. Trans. R. Soc. London B 1991, 332, 115-121.
18. Richard, J. P. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 4926-4936.
19. Bash, P. A.; Field, M. J.; Davenport, R. C.; Petsko, G. A.; Ringe, D.; Karplus, M. Biochemistry 1991, 30, 5826-5832.
20. Åqvist, J.; Fothergill, M. Biol. Chem. 1996, 277, 10010-10016.
21. Knowles, J. R. Nature 1991, 350, 121-124.
22. Joseph-McCarthy, D.; Petsko, G. A.; Karplus, M. Protein Eng. 1995, 8, 1103-1115.
23. Neria, E.; Karplus, M. Chem. Phys. Lett. 1997, 267, 23-30.
24. Hwang, J. K.; King, G.; Creighton, S.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1978, 110, 5297-5311.
25. Warshel, A.; Sussman, F.; Hwang, J. K. J. Mol. Biol. 1988, 201, 139-159.
26. Brumer, P.; Karplus, M. Faraday Soc. Discuss. 1973, 55, 80-91.
27. Åqvist, J.; Warshel, A. Chem. Rev. 1993, 93, 2523-2544.
28. McQuarrie, D. A. Statistical Mechanics; Harper & Row: New York, 1976.
29. Valleau, J. P.; Torrie, G. M. In Statistical Mechanics; Berne, B. J., Ed.; Plenum Press: New York, 1977; Part A, p 169-194.
30. Ryckaert, J.-P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J.-C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-341.
31. Bergsma, J. P.; Gartner, B. J.; Wilson, K. R.; Hynes, J. T. J. Chem. Phys. 1987, 86, 1356-1376.
32. Craig, D. B.; Arriaga, E. A.; Wong, J. C. Y.; Lu, H.; Douichi, N. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5245-5283.
33. Henry, E. R.; Sommer, J. H.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. J. Mol. Biol. 1983, 166, 443-451.
34. Ansari, A.; Berendzen, J.; Bowne, S. F.; Frauenfelder, H.; Iben, I. E. T.; Sauke, T. B.; Shyamsunder, E.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985, 82, 5000-5004.
35. Perutz, M.; Matthews, B. T. J. Mol. Biol. 1965, 21, 199-202.
36. Takano, T. J. Mol. Biol. 1977, 110, 537-568.
37. Case, D. A.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1979, 132, 343-368.
38. Frauenfelder, H.; Petsko, G. A.; Tsernoglu, D. Nature 1979, 280, 558-563.
39. Debrunner, P. G.; Frauenfelder, H. Annu. Rev. Phys. Chem. 1982, 33, 283-299.
40. Petrich, J. W.; Lambry, J.-C.; Kuczera, K.; Karplus, M.; Poyart, C.; Martin, J.-L. Biochemistry 1991, 30, 3975-3987.
41. Kuczera, K.; Kuriyan, J.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1990, 213, 351-373.
42. Doster, W.; Cusack, S.; Petry, W. Nature 1989, 337, 754-756.
43. Smith, J.; Kuczera, K.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 1601-1605.
44. Iben, I.; Braunstein, D.; Doster, W.; Frauenfelder, H.; Hong, M. K.; Johnson, J. B.; Luck, S.; Ormos, P.; Schulte, A.; Steinbach, P. J.; Xie, A. H.; Young, R. D. Phys. Rev. Lett. 1989, 62, 1916-1919.
45. Steinbach, P.; Amsari, A.; Berenndzen, J.; Braunstein, D.; Chu, K.; Cowen, B.; Ehrenstein, D.; Frauenfelder, H.; Johnson, J. B.; Lamb, D.; Luck, S.; Mourant, J.; Nienhaus, G.; Ormos, P.; Philipp, R.; Xie, A.; Young, R. D. Biochemistry 1991, 30, 3988-4001.
46. Agmon, M.; Hopfield, J. J. J. Chem. Phys. 1983, 79, 2042-2053.
47. Levy, R. M.; Sheridan, R. P.; Keepers, J. W.; Dubey, G. S.; Swaminathan, S.; Karplus, M. Biophys. J. 1985, 48, 509-518.
48. Lim, M.; Jackson, T. A.; Anfinrud, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 5801-5804.
49. Jackson, T. A.; Lim, M.; Anfinrud, P. A. Chem. Phys. 1994, 180, 131-140.
50. Kuczera, K.; Lambry, J.-C.; Martin, J.-L.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 1993, 90, 5805-5807.
51. Li, H.; Elber, R.; Straub, J. E. J. Biol. Chem. 1993, 268, 17908-17916.
52. Schaad, O.; Zhan, H. X.; Szabo, A.; Eaton, W. A.; Handy, E. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 9547-9551.
53. Hagen, S. J.; Eaton, W. A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 3395-3398.
54. Kopfer, G.; Hilhorst, H. Europhys. Lett. 1987, 3, 1213-1217.
55. Bryngelson, J. D.; Wolynes, P. G. J. Phys. Chem. 1989, 93, 6902-6915.
56. Saven, J. G.; Wang, J.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 1994, 101, 11037-11043.
57. Becker, O. M.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1997, 106, 1495-1517.
58. Czerminski, R.; Elber, R. Proc. Nat. Acad. Sci. 1989, 86, 6963-6967.
59. Czerminsky, R.; Elber, R. J. Chem. Phys. 1990, 92, 5580-5601.
60. Wang, J.; Wolynes, P. G. Phys. Rev. Lett. 1994, 74, 4317-4320.
61. Joseph, D.; Petsko, G. A.; Karplus, M. Science 1990, 249, 1425-1428.
62. Ma, J.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 11905-11910.
63. McCammon, J. A.; Gelin, B. R.; Karplus, M.; Wolynes, P. G. Nature 1976, 262, 325-326.
64. Ma, J.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 8502-8507.
65. Perutz, M. Nature 1971, 232, 408-413.
66. Snyder, G. H.; Rowan, R.; Karplus, S.; Sykes, B. D. Biochemistry 1975, 14, 3765.
67. Wagner, G.; DeMarco, A.; Wüthrich, K. Biophys. Struct. Mech. 1976, 2, 139-158.
68. McCammon, J. A.; Karplus, M. Biopolymers 1980, 19, 1375-1405.
69. Brooks, C. L., III; Karplus, M.; Pettitt, B. M. Proteins: A Theoretical Perspective of Dynamics, Structure, & Thermodynamics; Adv. Chem. Phys. LXXI; John Wiley & Sons: New York, 1988.
70. Otting, G.; Liepinsh, E.; Wüthrich, K. Biochemistry 1993, 32, 3571-3582.
71. Gerstein, M.; Lesk, A. M.; Chothia, C. Biochemistry 1994, 33, 6739-6749.
72. Gerstein, M.; Chothia, C. J. Mol. Biol. 1991, 220, 133-149.
73. Wade, R. C.; Davis, M. E.; Luty, B. A.; Madura, J. D.; McCammon, J. A. Biophys. Soc. 64, 9-15.
74. McCammon, J. A.; Northrup, S. H.; Karplus, M.; Levy, R. M. Biopolymers 1980, 19, 2033-2045.
75. Derreumaux, P.; Schlick, T. Biophys. J. 1998, 74, 72-81.
76. Williams, J. C.; McDermott, A. E. Biochemistry 1995, 34, 8309-8319.
77. Yüksel, K. U.; Sun, A.-Q.; Gracy, R. W.; Schnackerz, K. D. J. Biol. Chem. 1994, 269, 5005-5008.
78. Monod, J.; Wyman, J.; Changeux, J. P. J. Mol. Biol. 1965, 12, 88-118.
79. Hofrichter, J.; Henry, E. R.; Szabo, A.; Murray, L. P.; Ansari, A.; Jones, C. M.; Coletta, M.; Falcioni, G.; Brunori, M.; Eaton, W. A. Biochemistry 1991, 30, 6583-6598.
80. Henry, E. R.; Jones, C. M.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. Biochemistry 1997, 36, 6511-6528.
81. Baldwin, J.; Chothia, C. J. Mol. Biol. 1979, 129, 175-200.
82. Kramers, H. A. Physica 1940, 7, 284-293.
83. McCammon, J. A.; Karplus, M. Nature 1977, 268, 765-766.
84. Karplus, M.; Shakhnovich, E. Protein Folding: Theoretical Studies of Thermodynamics and Dynamics. In Protein Folding; Creighton, T., Ed.; W. H. Freeman & Sons: New York, 1992; pp 127-195.
85. Levinthal, C. How to fold graciously. In Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems, Proceedings of a Meeting held at Allerton House, Monticello, IL; Debrunner, P., Tsibris, J. C. M., Münck, E., Eds.; University of Illinois Press: Urbana, 1969; p 22.
86. Karplus, M. Folding Des. 1997, 2, 569-576.
87. Jackson, S. E.; Fersht, A. R. Biochemistry 1991, 30, 10428-10435.
88. Schindler, T.; Schmid, F. X. Biochemistry 1996, 35, 16833-16842.
89. Scalley, M. L.; Baker. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 10636-10640.
90. Fersht, A. R.; Itzhaki, L. S.; ElMasry, N. F.; Matthews, J. M.; Otzen, D. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 10426-10429.
91. Oliveberg, M.; Tan, Y.-J.; Fersht, A. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 8926-8929.
92. Becker, O. M. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1997, 398-399, 507-516.
93. Dobson, C. M.; Šali, A.; Karplus, M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1998, 37, 869-893.
94. Šali, A.; Shakhnovich, E.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1994, 235, 1614-1636.
95. Šali, A.; Shakhnovich, E.; Karplus, M. Nature 1994, 369, 248-251.
96. Socci, N. D.; Onuchic, J. N.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 1996, 104, 5860-5868.
97. Chan, H. S.; Dill, K. A. J. Chem. Phys. 1994, 100, 9238-9257.
98. Karplus, M.; Caflisch, A.; Šali, A.; Shakhnovich, E. In Modelling of Biomolecular Structures and Mechanisms; Pullman, A., et al., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Norwell, MA, 1995; pp 69-84.
99. Abkevich, V. I.; Gutin, A. M.; Shakhnovich, E. I. J. Chem. Phys. 1994, 101, 6052-6062.
100. Lazaridis, T.; Karplus, M. Science 1997, 278, 1928-1931.
101. Pande, V. S.; Grosberg, A. Y.; Tanaka, T. Folding Des. 1997, 2, 109-114.
102. Dinner, A.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7976-7994.
103. Du, R.; Pande, V. J.; Grasberg, A. Y.; Tanaka, T.; Shakhnovich, E. J. Chem. Phys. 1998, 108, 334-350.
104. Chan, H. S.; Dill, K. A. Proteins 1998, 30, 2-33.
105. Zwanzig, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 148-150.
106. Gutin, A.; Šali, A.; Abkevich, V.; Karplus, M.; Shakhnovich, E. J. Chem. Phys. 1998, 108, 6466-6483.
107. Karplus, M.; Weaver, D. L. Nature 1976, 260, 404-406.
108. Hagen, S. J.; Hofrichter, J.; Szabo, A.; Eaton, W. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 11615-11617.
109. Waldburger, C. D.; Jonsson, T.; Sauer, R. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 2629-2634.
110. Segawa, J. J.; Sugihara, M. Biopolymers 1984, 23, 2473-2488.
111. Makhatadze, G. I., Privalov, P. L. Adv. Protein Chem. 1995, 47, 307-425.
112. Eaton, W. A.; Thomson, D. A.; Chan, C.-K.; Hagen, S. J.; Hofrichter, J. Structure 1996, 4, 113-119.
113. Srajer, V.; Teng, T.; Ursby, T.; Pradervand, C.; Ren, Z.; Adachi, S.; Schildkamp, W.; Bourgeois, D.; Wulff, M.; Moffat, K. Science 1996, 274, 1726-1729.
114. Phillips, C. M.; Mizutami, Y.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 7292-7296.
115. Wilson, G.; Hecht, L.; Barron, L. D. J. Mol. Biol. 1996, 261, 341-347.
116. Tokmakoff, A.; Fayer, M. D. Acc. Chem. Res. 1995, 28, 437-445.
117. Rector, K. D.; Rella, C. W.; Hill, J. R.; Kwok, A. S.; Sligar, S. G.; Chien, E. Y. T.; Dlott, D. D.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. 1997, 101, 1468-1475.
118. Thorn Leeson, D.; Wiersma, D. A. Nature Struct. Biol. 1995, 2, 848-851.
119. Thorn Leeson, D.; Wiersma, D. A.; Fritch, K.; Friedrich, J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6331-6340.
120. Askin, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 4853-4860.
121. Lu, H. P.; Xie, S. Nature 1997, 385, 143-146.
122. Zocchi, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 10647-10651. Weiss, S. Science 1999, 283, 1676-1683.
123. Zocchi, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 10647-10651. Weiss, S. Science 1999, 283, 1676-1683.
124. Doyle, D. A.; Cabral, J. M.; Pfuetzner, R. A.; Kuo, A.; Gulbis, J. M.; Cohen, S. L.; Chait, B. T.; MacKinnon, R. Science 1998, 280, 69-77.
125. Zwanzig, R. Acc. Chem. Res. 1990, 23, 148-152.
126. Shlesinger, M. F.; Zaslavsky, G. M.; Klafter, J. Nature 1993, 363, 31-37.
127. Wang, Z.; Pearlstein, J. M.; Jia, Y.; Fleming, G. R.; Norris, J. R. Chem. Phys. 1993, 176, 421-425.
128. Gehlen, J. N.; Marchi, M.; Chandler, D. Science 1994, 263, 499-502.
129. Sabelko, J.; Ervin, J.; Gruebele, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 6031-6036.