Computational simulation and analysis of dynamic association between plastocyanin and cytochrome f. Consequences for the electron-transfer reaction

Journal of the American Chemical Society

Volumn 119, Issue 1, 1997, Pages 42-52

  Ullmann, G Matthias ^a   Knapp, Ernst Walter ^a   Kostić, Nenad M ^b  

^a FREIE UNIVERSITÄT BERLIN   (Germany)

^b IOWA STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CYTOCHROME F; PLASTOCYANIN;

ARTICLE; COMPUTER SIMULATION; MOLECULAR DYNAMICS; PHOTOSYNTHESIS; PROTEIN PROTEIN INTERACTION; THEORY; THERMODYNAMICS;

EID: 0031041540     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja962237u     Document Type: Article

References (138)

1. Shoichet, B. K.; Kuntz, I. D. J. Mol. Biol. 1991, 221, 327-346.
2. Helmer-Citterich, M.; Tramontane, A. J. Mol. Biol. 1994, 235, 1021-1031.
3. Cherfils, J.; Janin, J. Curr. Opin. Struct. Biol. 1993, 3, 265-269.
4. Kollman, P. A. Curr. Opin. Struct. Biol. 1994, 4, 240-245.
5. Jackson, R. M.; Sternberg, M. J. E. J. Mol. Biol. 1995, 250, 258-275.
6. Zhang, T.; Koshland, D. E. Protein Sci. 1996, 5, 348-356.
7. Poulos, T. L.; Kraut, J. J. Biol. Chem. 1980, 255, 10322-10330.
8. Mauk, M. R.; Mauk, A. G.; Weber, P. C.; Matthew, J. B. Biochemistry 1983, 25, 7085-7091.
9. Poulos, T. L.; Mauk, A. G. J. biol. Chem. 1983, 258, 7369-7373.
10. Matthew, J. J.; Weber, P. C.; Salemme, F. R.; Richards, F. M. Nature 1983, 301, 169-171.
11. Roberts, V. A.; Freeman, H. C.; Olson, A. J.; Tainer, J. A.; Getzoff, E. D. J. Biol. Chem. 1991, 266, 13431-13441.
12. Adir, N.; Axelrod, H. L.; Beroza, P.; Isaacson, R. A.; Rongey, S. H.; Okamura, M. Y. Feher, G. Biochemistry 1996, 35, 2535-2547.
13. Ermak, D. L.; McCammon, J. A. J. Chem. Phys. 1978, 69, 1352-1360.
14. Northrup, S. H.; Allison, S. A.; McCammon, J. A. J. Chem. Phys. 1984, 80, 1517-1524.
15. Northrup, S. H.; Boles, J. O.; Reynolds, J. C. L. J. Phys. Chem. 1987, 91, 5991-5998.
16. Northrup, S. H.; Boles, J. O.; Reynolds, J. C. L. Science 1988, 241, 67-70.
17. (a) Eltis, L. D.; Herbert, R. G.; Barker, P. D.; Mauk, A. G.; Northrup, S. H. Biochemistry 1991, 30, 3663-3674.
18. (b) Northrup, S. H.; Thomasson, K.; Miller, C. M.; Barker, P. D.; Eltis, L. D.; Guillemette, J. G.; Inglis, S. C.; Mauk, A. G. Biochemistry 1993, 32, 6613-6623.
19. (c) Andrew, S. M.; Thomasson, K. A.; Northrup, S. H. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 5516-5521.
20. Northrup, S. H. Curr. Opin. Struct. Biol. 1994, 4, 269-274.
21. Wendoloski, J. J.; Matthew, J. B.; Weber, P. C.; Salemme, F. R. Science 1987, 238, 794-797.
22. Zacharias, M.; Luty, B. A.; Davis, M. E.; McCammon, J. A. J. Mol. Biol. 1994, 238, 455-465.
23. Totrov, M.; Abagyan, R. Struct. Biol. 1994, 1, 259-263.
24. Leach, A. R. J. Mol. Biol. 1994, 235, 345-356.
25. (a) Siddarth, P.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8430-8434.
26. (b) Siddarth, P.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 2400-2405.
27. (c) Siddarth, P.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6111-6114.
28. (d) Siddarth, P.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13078-13082.
29. Stuchebrukhov, A. A. Chem. Phys. Lett. 1994, 225, 55-61.
30. (a) Moser, C. C.; Keske, J. M.; Warncke, K.; Farid, R. S.; Dutton, P. L. Nature 1992, 355, 796-802.
31. (b) Farid, R. S.; Moser, C. C.; Dutton, P. L. Curr. Opin. Struct. Biol. 1993, 3, 225-233.
32. Christensen, H. E. M.; Conrad, L. S.; Mikkelsen, K. V.; Nielsen, M. K.; Ulstrup, J. Inorg. Chem. 1990, 29, 2808-2816.
33. (a) Skourtis, S. S.; Onuchic, J. N. Chem. Phys. Lett. 1993, 209, 171-177.
34. (b) Skourtis, S. S.; Beratan, D. N.; Onuchic, J. N. Chem. Phys. 1993, 176, 501-520.
35. Skourtis, S. S.; Mukamel, S. Chem. Phys. 1995, 197, 367-388.
36. (a) Larson, S. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4034-4040.
37. (b) Larson, S. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 1983, 79, 1375-1388.
38. Gruschus, J. M.; Kuki, A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 5581-5593.
39. (a) Evenson, J. W.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5272-5278.
40. (b) Evenson, J. W.; Karplus, M. Science 1993, 262, 1247-1249.
41. (a) Beratan, D. N.; Onuchic, J. N. Photosynth. Res. 1989, 22, 173-186.
42. (b) Onuchic, J. N.; Beratan, D. N. J. Chem. Phys. 1990, 92, 722-733.
43. Beratan, D. N.; Onuchic, J. N.; Betts, J. N.; Bowler, B. E.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7915-7921.
44. Beratan, D. N.; Betts, J. N.; Onuchic, J. N. Science 1991, 252, 1285-1288.
45. Beratan, D. N.; Onuchic, J. N.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Science 1992, 258, 1740-1741.
46. Onuchic, J. N.; Beratan, D. N.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1992, 21, 349-377.
47. Redinbo, M. R.; Yeates, T. O.; Merchant, S. J. Bioeng. Biomembr. 1994, 26, 49-66.
48. Gross, E. L. Photosynth. Res. 1993, 37, 103-116.
49. Sykes, A. G. Adv. Inorg. Chem. 1991, 36, 377-408.
50. Sykes, A. G. Struct. Bonding (Berlin) 1991, 75, 177-244.
51. Drepper, F.; Hippler, M.; Nitschke, W.; Haehnel, W. Biochemistry 1996, 35, 1282-1295.
52. Haehnel, W.; Jansen, T.; Gause, K.; Klösgen, R. B.; Stahl, B.; Michl, D.; Huvermann, B.; Karas, M.; Herrmann, R. G. EMBO J. 1994, 13, 1028-1038.
53. Hervas, M.; Navarro, J. A.; Diaz, A.; Bottin, H.; De La Rosa, M. A. Biochemistry 1995, 34, 11321-11326.
54. Sigfridsson, K.; Young, S.; Hanson, Ö. Biochemistry 1996, 35, 1249-1257.
55. Kyritsis, P.; Lundberg, L. G.; Nordling, M.; Vängard, T.; Young, S.; Tomkinson, N. P.; Sykes, A. G. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1991, 8, 1441-1442.
56. Solomon, E. I.; Lowery, M. D. Science 1993, 259, 1575-1581.
57. Ullmann, G. M.; Kostić, N. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 4766-4774.
58. Qin, L.; Kostić, N. M. Biochemistry 1996, 35, 3379-3386.
59. Martinez, S. E.; Huang, D.; Szczepaniak, A.; Cramer, W. A.; Smith, J. L. Structure 1994, 2, 95-105.
60. (a) Davis, D. J.; Hough, K. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1983, 116, 1000-1006.
61. (b) Morand, L. Z.; Frame, M. K.; Colvert, K. K.; Johnson, D. A.; Krogmann, D. W.; Davis, D. J. Biochemistry 1989, 28, 8039-8047.
62. (c) Morand, L. Z.; Frame, M. K.; Colvert, K. K.; Johnson, D. A.; Krogmann, D. W.; Davis, D. J. Biochemistry 1989, 28, 10093.
63. Qin, L.; Kostić, N. M. Biochemistry 1992, 31, 5145-5150.
64. Qin, L.; Kostić, N. M. Biochemistry 1993, 32, 6073-6080.
65. Zhou, J. S.; Kostić, N. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3562-3563.
66. Zhou, J. S.; Kostic, N. M. Spectrum 1992, 5, 1-6.
67. Zhou, J. S.; Kostić, N. M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10796-10804.
68. Peerey, L. M.; Kostić, N. M. Biochemistry 1989, 28, 1861-1868.
69. Moore, J. M.; Lepre, C. A.; Gippert, G. P.; Chazin, W. J.; Case, D. A.; Wright, P. E. J. Mol. Biol. 1991, 221, 533-555.
70. Mishra, K. C.; Mishra, S. K.; Das, T. P. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 7729-7735.
71. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187-217.
72. Bashford, D.; Karplus, M. Biochemistry 1991, 29, 10219-10225.
73. Beroza, P.; Fredkin, D. R.; Okamura, M. Y.; Feher, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 5804-5808.
74. Metropolis, N.; Rosenbluth, A. W.; Rosenbluth, M. N.; Teller, A. H. J. Chem. Phys, 1953, 21, 1087-1092.
75. Jorgensen, W.; Chandrasekhar, J.; Madura, J.; Impley, R.; Klein, M. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
76. Brooks, C. L.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1983, 79, 6312-6325.
77. Ryckaert, J.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-341.
78. Warwicker, J.; Watson, H. C. J. Mol. Biol. 1982, 186, 671-679.
79. Klapper, I.; Fine, R.; Sharp, K. A.; Honig, B. H. Proteins 1986, 1, 47-59.
80. Gilson, M. K.; Sharp, K. A.; Honig, B. H. J. Comput. Chem. 1987, 9, 327-335.
81. Gilson, M. K.; Honig, B. H. Proteins 1988, 4, 7-18.
82. Honig, B.; Nicholls, A. Science 1995, 268, 1144-1149.
83. Sharp, K. A.; Honig, B. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1990, 19, 301-332.
84. Ben-Naim, A. Curr. Opin. Struct. Biol. 1994, 4, 264-268.
85. BIOSYM. DelPhi User Guide; 1993.
86. Bashford, D.; Gerwert, K. J. Mol. Biol. 1992, 224, 473-486.
87. Bashford, D.; Case, D. A.; Dalvit, C.; Tennant, L.; Wright, P. E. Biochemistry 1993, 32, 8045-8056.
88. You, T.; Bashford, D. B. Biophys. J. 1995, 69, 1721-1733.
89. Hoffmann, R. J. Chem. Phys. 1963, 39, 1397-1412.
90. Zerner, M.; Gouterman, M.; Kobayashi, H. Theor. Chim. Acta 1966, 6, 363-400.
91. Betts, J. N.; Beratan, D. N.; Onuchic, J. N. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 4043-4046.
92. Regan, J. J.; Risser, S. M.; Beratan, D. N.; Onuchic, J. N. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13083-13088.
93. Casimiro, D. R.; Wong, L.-L.; Colon, J. L.; Zewert, T. E.; Richards, J. H.; Chang, I.-J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 1485-1489.
94. Casimiro, D. R.; Richards, J. H.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13073-13077.
95. Wuttke, D. S.; Bjerrum, M. J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Science 1992, 256, 1007-1009.
96. Jacobs, B. A.; Mauk, M. R.; Funk, W. D.; Gillivray, R. T. A. M.; Mauk, A. G.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 4390-4394.
97. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265-322.
98. Canters, G. W.; van de Kamp, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 1992, 2, 859-869.
99. Newton, M. D. J. Phys. Chem. 1988, 92, 3049-3056.
100. Newton, M. D. Chem. Rev. 1991, 91, 767-792.
101. Lowery, M. D.; Guckert, J. A.; Gebhard, M. S.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 3012-3013.
102. Regan, J. J. Greenpath Software V0.973; San Diego, 1995.
103. Kraulis, P. J. J. Appl. Crystllogr. 1991, 24, 946-950.
104. Anderson, G. P.; Sanderson, D. G.; Lee, C. H.; Durell, S.; Anderson, L. B.; Gross, E. L. Biochim. Biophys. Acta 1987, 894, 386-398.
105. Gross, E. L.; Curtiss, A. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1056, 166-172.
106. Christensen, H. E. M.; Conrad, L. S.; Ulstrup, J. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1099, 35-44.
107. Modi, S.; Nordling, M.; Lundberg, L. G.; Hansson, Ö.; Bendall, D. S. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1102, 85-90.
108. Modi, S.; He, S.; Gray, J. C.; Bendall, D. S. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1101, 64-68.
109. He, S.; Modi, S.; Bendall, D. S.; Gray, J. C. EMBO 1991, 10, 4011-4016.
110. Meyer, T. E.; Zhao, Z. G.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G. Biochemistry 1993, 32, 4552-4559.
111. Watkins, J. A.; Cusanovich, M. A.; Meyer, T. E.; Tollin, G. Protein Sci. 1994, 3, 2104-2114.
112. van Leeuwen, J. W. Biochim. Biophys. Acta 1983, 743, 408-421.
113. Lee, B. H.; Hibino, T.; Takabe, T.; Weisbeek, P. J.; Takabe, T. J. Biochem. (Tokyo) 1995, 117, 1209-1217.
114. Penfield, K. W.; Gay, R. R.; Himmelwright, R. S.; Eickman, N. C.; Norris, V. A.; Freeman, H. C.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4382-4388.
115. Solomon, E. I.; Baldwin, M.; Lowery, M. D. Chem. Rev. 1992, 92, 521-542.
116. Penfield, K. W.; Gerwirth, A. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 4519-4529.
117. Larson, S.; Broo, A.; Sjölin, L. J. Phys. Chem. 1995, 99, 4860-4865.
118. Nakagawa, H.; Koyama, Y.; Okada,T. J. Biochem. (Tokyo) 1994, 115, 891-897.
119. Stuchebrukhov, A. A.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 7581-7590.
120. Gadsby, P. M. A.; Thomson, A. J. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 5003-5011.
121. Hendsch, Z. S.; Tidor, B. Protein Sci. 1994, 3, 211-226.
122. Dougherty, D. A. Science 1996, 271, 163-168.
123. Waldburger, C. D.; Schildbach, J. F.; Sauer, R. T. Struct. Biol. 1995, 2, 122-128.
124. Kumpf, R. A.; Dougherty, D. Science 1993, 261, 1708-1710.
125. Sussman, J.; Silman, I. Curr. Opin. Struct. Biol. 1992, 2, 721-729.
126. Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Sac. 1995, 117, 4177-4178.
127. Kim, K. S.; Lee, J. Y.; Lee, S. J.; Ha, T.-K.; Kim, D. H. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 7399-7400.
128. Lee, J. Y.; Lee, S. J.; Choi, H. S.; Cho, S. J.; Kim, K. S.; Ha, T.-K. Chem. Phys. Lett. 1995, 232, 67-71.
129. Harvey, S. C. Proteins 1989, 5, 78-92.
130. Warshel, A.; Russel, S. T. Q. Rev. Biophys. 1984, 17, 283-422.
131. Warshel, A.; Aquist, J. Anna. Rev Biophys. Biophys. Chem. 1991, 20, 267-298.
132. Gilson, M. K. Curr. Opin. Struct. Biol. 1995, 5, 216-223.
133. Antosiewicz, J.; McCammon, A. J.; Gilson, M. K. J. Mol. Biol. 1994, 238, 415-436.
134. Ullmann, G. M.; Muegge, I.; Knapp, E.-W. In The Reaction Centers of Photosynthetic Bacteria; Michel-Beyerle, E. M., Ed.; Springer-Verlag: Berlin, 1996; pp 143-155.
135. Muegge, I.; Apostolakis, J.; Ermler, U.; Fritsch, G.; Lubitz, W.; Knapp, E.-W. Biochemistry 1995, 35, 8359-8370.
136. Pearson, D. C., II; Gross, E. L.; David, E. Biophys. J. 1996, 71, 64-76.
137. Nocek, J. M.; Zhou, J. S.; Forest, S. D.; Priyadarshy, S.; Beratan, D. N.; Onuchic, J. N.; Huffman, B. M. Chem. Rev. 1996, 96, 2459-2489.
138. Zhou, J.; Fernández-Velasco, J. G.; Malkin, R. J. Biol. Chem. 1996, 271, 6225-6232.