Effects of dynamics and environment on 15N chemical shielding anisotropy in proteins. A combination of density functional theory, molecular dynamics simulation, and NMR relaxation

Journal of the American Chemical Society

Volumn 121, Issue 17, 1999, Pages 4242-4251

  Scheurer, C ^a   Skrynnikov, N R ^a   Lienin, S F ^a   Straus, S K ^a   Bruschweiler R ^a,b   Ernst, R R ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

^b CLARK UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

PROTEIN;

ANISOTROPY; ARTICLE; CHEMICAL ANALYSIS; CHEMICAL REACTION; CRYSTAL STRUCTURE; MOLECULAR DYNAMICS; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE; SIMULATION; SOLID STATE;

EID: 0033526374     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja984159b     Document Type: Article

References (70)

1. (a) Bremi, T.; Brüschweiler, R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6672-6673.
2. (b) Lienin, S. F.; Bremi, T.; Brutscher, B.; Brüschweiler, R.; Ernst, R. R. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9870-9879.
3. (a) Tjandra, A.; Szabo, A.; Bax, A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6986-6991.
4. (b) Brutscher, B.; Skrynnikov, N. R.; Bremi, T.; Brüschweiler, R.; Ernst, R. R. J. Magn. Reson. 1998, 130, 346-351.
5. (c) Yang, D. W.; Konrat, R.; Kay, L. E. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 11938-11940.
6. (d) Yang, D. W.; Gardner, K. H.; Kay, L. E. J. Biomol. NMR 1998, 11, 213-220.
7. deDios, A. C.; Pearson, J. G.; Oldfield, E. Science 1993, 260, 1491-1496.
8. (a) Le, H.; Pearson, J. G.; de Dios, A. C.; Oldfield, E. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3800-3807.
9. (b) Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Salahub, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3294-3295.
10. de Dios, A. C. Prog. NMR Spectrosc. 1996, 29, 229-278.
11. Sitkoff, D.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12262-12273.
12. Sitkoff, D.; Case, D. A. Prog. NMR Spectrosc. 1998, 32, 165-190.
13. Szabo, A.; Ostlund, N. S. Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory; McGraw-Hill: New York, 1989.
14. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. B 1964, 136, 864-871. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. A 1965, 140, 1133-1138.
15. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. B 1964, 136, 864-871. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. A 1965, 140, 1133-1138.
16. Parr, R. G.; Yang W. Density Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: Oxford, 1989.
17. Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Casida, M. E.; Salahub, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 5898-5908.
18. Woolf, T. B.; Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Salahub, D R •Roux B. Chem. Phys. Lett. 1995, 239, 186-194.
19. Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Eriksson, L. A.; Salahub, D. R. In Modern Density Functional Theory: A Tool for Chemists; Seminario, J. M., Politzer, P., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1995; Vol. 2, p 273.
20. Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Salahub, D. R. Chem. Phys. Lett. 1996, 261, 335-345.
21. Salahub, D. R.; Fournier, R.; Mlynarski, P.; Papal, I.; St-Amant, A.; Ushio, J. In Density Functional Methods in Chemistry; Labanowski, A., Andzelm, J., Eds.; Springer: New York, 1991; p 77.
22. St-Amant, A.; Salahub, D. R. Chem. Phys. Lett. 1990, 169, 387-392.
23. Ramsey, N. F. Phys. Rev. 1950, 78, 699-703.
24. Foster, S.; Boys, S. Rev. Mod. Phys. 1960, 32, 303-304.
25. Perdew, J. P.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244-13249.
26. Kutzelnigg, W.; Fleischer, U.; Schindler, M. In NMR: Basic Principles and Progress; Diehl, P., Fluck, E., Kosfeld, E., Eds.; Springer: Berlin, 1991; Vol. 23, pp 165-262.
27. (a) Godbout, N.; Salahub, D. R.; Andzelm, J.; Wimmer, E. Can. J. Chem. 1992, 70, 560-571.
28. (b) Sosa, C.; Andzelm, J.; Elkin, B. C.; Wimmer, E.; Dobbs, K. D.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. 1992, 96, 6630-6636
29. (a) Verbist, J. J.; Lehmann, M. S.; Koetzle, T. F.; Hamilton, W. C. Acta Crystallogr. 1972, B28, 3006-3013.
30. (b) Ramanadham, M.; Sikka, S. K., Chidambaram, R. Acta Crystallogr. 1972, B28, 3000-3005.
31. van Gunsteren, W. F.; Billeter, S. R.; Eising, A. A.; Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott, W. R. P.; Tironi, I. G. Biomolecular Simulation: The GROMOS96 Manual and User Guide; Biomos b.v.: Zürich, Groningen, 1996.
32. Herzfeld, J.; Roberts, J. E.; Griffin, R. G. J. Chem. Phys. 1987, 86, 597-602.
33. Chesnut, D. B.; Moore, K. D. J. Comput. Chem. 1989, 10, 648-659.
34. Fletterick, F.; Tsai, C.; Hughes, R. E. J. Phys. Chem. 1971, 75, 918-922.
35. MacKerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L., Jr.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E., III; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616.
36. Hartzell, C. J.; Whitfield, M.; Oas, T. G.; Drobny, G. P. J. Am Chem. Soc. 1987, 109, 5966-5969.
37. Hu, J. Z.; Facelli, J. C.; Alderman, D. W.; Pugmire, R. J.; Grant, D. M. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9863-9869.
38. Brooks, R. B.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
39. Vijay-Kumar, S.; Bugg, C. E.; Cook, W. J. J. Mol. Biol. 1987, 194, 531-544.
40. Di Stefano, D. L.; Wand, A. J. Biochemistry 1987, 26, 7272-7281. Weber, P. L.; Brown, S. C., Mueller, L. Biochemistry 1987, 26, 7282- 7290.
41. Di Stefano, D. L.; Wand, A. J. Biochemistry 1987, 26, 7272-7281. Weber, P. L.; Brown, S. C., Mueller, L. Biochemistry 1987, 26, 7282-7290.
42. Schneider, D. M.; Dellwo, M. J.; Wand, A. J. Biochemistry 1992, 31, 3645-3652. Wand, A. J.; Urbauer, J. L.; McEvoy, R. P.; Bieber, R. J. Biochemistry 1996, 35, 6116-6125.
43. Schneider, D. M.; Dellwo, M. J.; Wand, A. J. Biochemistry 1992, 31, 3645-3652. Wand, A. J.; Urbauer, J. L.; McEvoy, R. P.; Bieber, R. J. Biochemistry 1996, 35, 6116-6125.
44. (a) Tjandra, N.; Feller, S. E.; Pastor, R. W.; Bax, A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 12562-12566.
45. (b) Wang, A. C.; Grzesiek, S.; Tschudin, R.; Lodi, P. J.; Bax, A. J. Biomol. NMR 1995, 5, 376-382.
46. (c) Tjandra, N.; Szabo A.; Bax, A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6264-6272.
47. (d) Ottiger, M.; Tjandra, N.; Bax, A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9825-9830.
48. King, R. W.; Glotzer, M.; Kirschner, M. W. Mol. Biol. Cell 1996, 7, 1343-1357. Grigoryev, S.; Stewart, A. E.; Kwon, Y. T.; Arfin, S. M.; Bradshaw, R. A.; Jenkins, N. A.; Copeland, N. G.; Varshavsky, A. J. Biol. Chem. 1996, 271, 28521-28532.
49. King, R. W.; Glotzer, M.; Kirschner, M. W. Mol. Biol. Cell 1996, 7, 1343-1357. Grigoryev, S.; Stewart, A. E.; Kwon, Y. T.; Arfin, S. M.; Bradshaw, R. A.; Jenkins, N. A.; Copeland, N. G.; Varshavsky, A. J. Biol. Chem. 1996, 271, 28521-28532.
50. McIntosh, L. P.; Brun, E.; Kay, L. E. J. Biomol. NMR 1997, 9, 306-312.
51. Bremi, T.; Brüschweiler, R.; Ernst, R. R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 4272-4284.
52. Redfield, A. G.; Waelder, S. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 6151-6162. Tropp, J.; Redfield, A. G. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 534-538. Perrin, C. L.; Johnston, E. R.; Lollo, C. P.; Kobrin, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4691-4696.
53. Redfield, A. G.; Waelder, S. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 6151- 6162. Tropp, J.; Redfield, A. G. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 534-538. Perrin, C. L.; Johnston, E. R.; Lollo, C. P.; Kobrin, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4691-4696.
54. Redfield, A. G.; Waelder, S. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 6151- 6162. Tropp, J.; Redfield, A. G. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 534-538. Perrin, C. L.; Johnston, E. R.; Lollo, C. P.; Kobrin, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4691-4696.
55. Boyd, J. J. Magn. Reson., Ser. B 1995, 107, 279-285. Buck, M.; Boyd, J.; Redfield, C.; MacKenzie, D. A.; Jeenes, D. J.; Archer, D. B.; Dobson, C. M. Biochemistry 1995, 34, 4041-4055. LeMaster, D. M.; Kushlan, D. M. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9255-9264.
56. Boyd, J. J. Magn. Reson., Ser. B 1995, 107, 279-285. Buck, M.; Boyd, J.; Redfield, C.; MacKenzie, D. A.; Jeenes, D. J.; Archer, D. B.; Dobson, C. M. Biochemistry 1995, 34, 4041-4055. LeMaster, D. M.; Kushlan, D. M. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9255-9264.
57. Boyd, J. J. Magn. Reson., Ser. B 1995, 107, 279-285. Buck, M.; Boyd, J.; Redfield, C.; MacKenzie, D. A.; Jeenes, D. J.; Archer, D. B.; Dobson, C. M. Biochemistry 1995, 34, 4041-4055. LeMaster, D. M.; Kushlan, D. M. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9255-9264.
58. Stark, R. E.; Jelinski, L. W.; Ruben, D. J.; Torchia, D. A.; Griffin, R. G. J. Magn. Reson. 1983, 55, 266-273.
59. Abragam, A. Principles of Nuclear Magnetism; Oxford University Press: Oxford, 1961.
60. Grzesiek, S.; Bax, A. J. Magn. Reson. 1992, 96, 432-440.
61. Yang, D.; Mittermaier, A.; Mok, Y.-K.; Kay, L. E. J. Mol. Biol. 1998, 276, 939-954.
62. Rama Krishna, N.; Partha Sarathy, K.; Hunag, D.-H.; Stephens, R. L.; Glickson, J. D.; Smith, C. W.; Walter, R. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5051-5053.
63. Guenneugues, M.; Drevet, P.; Pinkasfeld, S.; Gilquin, B.; Ménez, A.; Zinn-Justin, S. Biochemistry 1997, 36, 16097-16108.
64. Goldman, M. J. Magn. Reson. 1984, 60, 437-452.
65. Gerald, R., II; Bernhard, T.; Haeberlen, U.; Rendell, J.; Opella, S. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 777-782. Wu, C. H.; Ramamoorthy, A.; Gierasch, L. M.; Opella, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6148-6149.
66. Gerald, R., II; Bernhard, T.; Haeberlen, U.; Rendell, J.; Opella, S. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 777-782. Wu, C. H.; Ramamoorthy, A.; Gierasch, L. M.; Opella, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6148-6149.
67. Pervushin, K.; Wider, G.; Wüthrich, K. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3842-3843.
68. Spiess, H. W. In NMR Basic Principles and Progress; Diehl, P., Fluck, E., Kosfeld, E., Eds.; Springer: Berlin, 1978; Vol. 15, p 55.
69. Kowalewski, J.; Werbelow, L. J. Magn. Reson. 1997, 128, 144-148.
70. Robyr, R.; Utz, M.; Gan, Z.; Scheurer, C.; Tomaselli, M.; Suter, U. W.; Ernst, R. R. Macromolecules 1998, 31, 5818-5822.