An electrostatic model for the frequency shifts in the carbonmonoxy stretching band of myoglobin: Correlation of hydrogen bonding and the Stark tuning rate

Journal of the American Chemical Society

Volumn 124, Issue 44, 2002, Pages 13271-13281

  Franzen, Stefan ^a  

^a NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BOND LENGTH;

CRYSTAL STRUCTURE; ELECTROSTATICS; OPTIMIZATION; POTENTIAL ENERGY; PROTEINS;

HYDROGEN BONDS;

CARBOXYMYOGLOBIN; HEMOPROTEIN; IMIDAZOLE; IRON; MYOGLOBIN;

ARTICLE; CALCULATION; CRYSTAL STRUCTURE; ELECTRIC FIELD; ELECTRICITY; ENERGY; GEOMETRY; HYDROGEN BOND; MUTATION; VIBRATION;

CARBON MONOXIDE; ELECTROSTATICS; HYDROGEN BONDING; IMIDAZOLES; MODELS, CHEMICAL; MUTATION; MYOGLOBIN; PROTEIN CONFORMATION;

EID: 0037032263     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja017708d     Document Type: Article

References (89)

1. Stavrov, S. S.; Decusar, I. P.; Bersuker, I. B. New J. Chem. 1993, 17, 71-76.
2. Balasubramanian, S.; Lambright, D. G.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 4718-4722.
3. Decatur, S. M.; Boxer, S. G. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1995, 212, 159-164.
4. Park, E. S.; Andrews, S. S.; Hu, R. B.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9813-9817.
5. Park, E. S.; Thomas, M. R.; Boxer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12297-12303.
6. Varadarajan, R.; Lambright, D. G.; Boxer, S. G. Biochemisty 1989, 122, 3771-3781.
7. Varadarajan, R.; Zewert, T. E.; Gray, H. B.; Boxer, S. G. Science 1989, 243, 69-72.
8. Kim, S.; Deinum, G.; Gardner, M. T.; Marletta, M. A.; Babcock, G. T. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8769-8770.
9. Lloyd, E.; Burk, D. L.; Ferrer, J. C.; Maurus, R.; Doran, J.; Carey, P. R.; Brayer, G. D.; Mauk, A. G. Biochemistry 1996, 35, 11901-11912.
10. Kiger, L.; Stetzkowski-Marden, F.; Poyart, C.; Marden, M. Eur. J. Biochem. 1995, 228, 665-668.
11. Anderton, C. L.; Hester, R. E.; Moore, J. N. Biochim. Biophys. Acta 1997, 1338, 107-120.
12. Cameron, A. D.; Smerdon, S. J.; Wilkinson, A. J.; Habash, J.; Helliwell, J. R.; Li, T. S.; Olson, J. S. Biochemistry 1993, 32, 13061-13070.
13. Ivanov, D.; Sage, J. T.; Keim, M.; Powell, J. R.; Asher, S. A.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 4139-4140.
14. Sage, J. T.; Morikis, D.; Champion, P. M. Biochemistry 1991, 30, 1227-1237.
15. Unno, M.; Christian, J. F.; Olson, J. S.; Sage, J. T.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2670-2671.
16. Zhu, L. Y.; Sage, J. T.; Champion, P. M. Biochemistry 1993, 32, 11181-11185.
17. Christian, J. F.; Unno, M.; Sage, J. T.; Champion, P. M.; Chien, E.; Sligar, S. G. Biochemistry 1997, 36, 11198-11204.
18. Oldfield, E.; Guo, K.; Augspurger, J. D.; Dykstra, C. E. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7537-7541.
19. Phillips, J. G. N.; Teodoro, M. L.; Li, T.; Smith, B.; Olson, J. S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8817-8829.
20. Kushkuley, B.; Stavrov, S. Biophys. J. 1996, 70, 1214-1229.
21. Kushkuley, B.; Stavrov, S. S. Biophys. J. 1997, 72, 899-912.
22. Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 544-552.
23. Ansari, A.; Berendzen, J.; Braunstein, D.; Cowen, B. R.; Frauenfelder, H.; Hong, M. K.; Iben, I. E. T.; Johnson, J. B.; Ormos, P.; Sauke, T. B.; Scholl, R.; Schulte, A.; Steinbach, P. J.; Vittitow, J.; Young, R. D. Biophys. Chem. 1987, 26, 337-355.
24. Rejto, P. A.; Freer, S. T. Prog. Biophys. Mol. Biol. 1996, 66, 167-196.
25. Miller, L. M.; Patel, M.; Chance, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 4511-4517.
26. Schulze, B. G.; Grubmuller, H.; Evanseck, J. D. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8700-8711.
27. Schott, J.; Dreybrodt, W.; Schweitzer-Stenner, R. Biophys. J. 2001, 81, 1624-1631.
28. Sage, J. T.; Morikis, D.; Champion, P. M. Biochemistry 1991, 30, 1237-1247.
29. Steinbach, P. J.; Ansari, A.; Berendzen, J.; Braunstein, D.; Chu, K.; Cowen, B. R.; Ehrenstein, D.; Frauenfelder, H.; Johnson, J. B.; Lamb, D. C.; Luck, S.; Mourant, J. R.; Nienhaus, G. U.; Ormos, P.; Philipp, R.; Xie, A.; Young, R. D. Biochemistry 1991, 30, 3988-4001.
30. Balasubramanian, S.; Lambright, D. G.; Marden, M. C.; Boxer, S. G. Biochemistry 1993, 32, 2.
31. Decatur, S.; DePillis, G. D.; Boxer, S. G. Biochemistry 1996, 35, 3925-3932.
32. Peterson, E.; Chien, E.; Sligar, S.; Friedman, J. Biochemistry 1998, 37, 12301-12319.
33. Abadan, Y.; Chien, E. Y. T.; Chu, K.; Eng, C. D.; Nienhaus, U.; Sligar, S. G. Biophys. J. 1995, 68, 2495-2502.
34. Andrews, B. K.; Romo, T.; Clarage, J. B.; Pettitt, B. M.; Phillips, G. N. Structure Folding and Design 1998, 6, 587-594.
35. Quillin, M. L.; Arduini, R. M.; Olson, J. S.; Phillips, G. N. J. Mol. Biol. 1993, 234, 140-155.
36. Quillin, M. L.; Li, T.; Olson, J. S.; Phillips, G. N.; Dou, Y.; Ikeda-Saito, M.; Regan, R.; Carlson, M.; Gibson, Q. H.; Li, H.; Elber, R. J. Mol. Biol. 1995, 245, 416-436.
37. Yang, F.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1996, 256, 762-774.
38. Smerdon, S. J.; Krzywda, S.; Brzozowski, A. M.; Davies, G. J.; Wilkinson, A. J.; Brancaccio, A.; Cutruzzola, F.; Allocatelli, C. T.; Brunori, M.; Li, T.; et al. Biochemistry 1995, 34, 8715-8725.
39. Zhao, X.; Vyas, K.; Nguyen, B. D.; Rajarathnam, K.; Mar, G. N. L.; Li, T.; Phillips, G. N., Jr.; Eich, R. F.; Olson, J. S.; Ling, J.; Bocian, D. F. J. Biol. Chem. 1995, 270, 20763-20774.
40. Lai, H. H.; Li, T.; Lyons, D. S.; Phillips, G. N., Jr.; Olson, J. S.; Gibson, Q. H. Proteins 1995, 22, 322.
41. Carver, T. E.; Brantley, R. E., Jr.; Singleton E. W.; Arduini, R. M.; Quillin, M. L.; Phillips, G. N., Jr.; Olson, J. S. J. Biol. Chem. 1992, 267, 14443-14450.
42. Caughey, W. S.; Shimada, H.; Miles, G. C.; Tucker, M. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1981, 78, 2903-2907.
43. Li, X. Y.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6024-6033.
44. Morikis, D.; Champion, P. M.; Springer, B. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1989, 28, 4791-4800.
45. Shimada, H.; Caughey, W. S. J. Biol. Chem. 1982, 257, 11893-11900.
46. Potter, W. T.; Hazzard, J. H.; Choc, M. G.; Tucker, M. P.; Caughey, W. S. Biochemistry 1990, 29, 6283-6295.
47. Caughey, W. S.; Alben, J. O.; McCoy, S.; Boyer, S. H.; Carache, S.; Hathaway, P. Biochemistry 1969, 8, 59-62.
48. Frauenfelder, H.; Park, F.; Young, R. D. Annu. Rev. Biophys. Chem. 1988, 17, 451-479.
49. Li, T. S.; Quillin, M. L.; Phillips, G. N.; Olson, J. S. Biochemistry 1994, 33, 1433-1446.
50. Tian, W. D.; Sage, J. T.; Champion, P. M.; Chien, E.; Sligar, S. G. Biochemistry 1996, 35, 3487-3502.
51. Zhu, L.; Sage, J. T.; Rigos, A. A.; Morikis, D.; Champion, P. M. J. Mol. Biol. 1992, 224, 207-215.
52. Ramsden, J.; Spiro, T. G. Biochemistry 1989, 28, 3125-3128.
53. Sigfridsson, E.; Ryde, U. J. Biol. Inorg. Chem. 1999, 4, 99-110.
54. Kachlova, G. S.; Popov, A. N.; Bartunik, H. D. Science 1999, 284, 473-476.
55. Springer, B. A.; Sligar, S. G.; Olson, J. S.; Phillips, G. N. Chem. Rev. 1994, 94, 699-714.
56. Hush, N. S.; Reimers, J. R. J. Phys. Chem. 1995, 99, 15798-15805.
57. Reimers, J. R.; Hush, N. S. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10580-10587.
58. Andrews, S. S.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 469-477.
59. Groot, M. J. d.; Havenith, R. W. A.; Vinkers, H. M.; Zwaans, R.; Vermeulen, N. P. E.; Lenthe, J. H. v. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1998, 12, 183-193.
60. Wirstam, M.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 10178-10185.
61. Kuramochi, H.; Noodleman, L.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 11442-11451.
62. Vogel, K. M.; Kozlowski, P. M.; Zgierski, M. Z.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9915-9921.
63. Vogel, K. M.; Kozlowski, P. M.; Zgierski, M. Z.; Spiro, T. G. Inorg. Chim. Acta 2000, 297, 11-17.
64. Harvey, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12401-12402.
65. McMahon, B. H.; Stojkovic, B. P.; Hay, P. J.; Martin, R. L.; Garcia, A. E. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6831-6850.
66. Wasileski, S. A.; Koper, M. T. M.; Weaver, M. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3518-3530.
67. Franzen, S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12578-12589.
68. Tian, W. D.; Sage, J. T.; Champion, P. M. J. Mol. Biol. 1993, 233, 155-166.
69. Perdew, J. P.; Chevary, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Pederson, M. R.; Singh, D. J.; Fiolhais, C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671-6687.
70. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1997, 107, 8554-8560.
71. Lee, C. L.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789.
72. Delley, B. J. Chem. Phys. 1990, 92, 508-517.
73. Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756-7764.
74. Wilson, E. B., Jr.; Decius, J. C.; Cross, P. C. Molecular Vibrations; Dover: New York, 1955.
75. McHale. Molecular Spectroscopy; Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, 1999.
76. Cui, Q.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1133-1149.
77. Rovira, C.; Kunc, K.; Hutter, J.; Ballone, P.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8914-8925.
78. Ray, G. B.; Li, X.-Y.; Ibers, J. A.; Sessler, J. L.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 162-176.
79. Momenteau, M.; Reed, C. A. Chem. Rev. 1994, 94, 659-698.
80. Peng, S. M.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc, 1976, 98, 8032-8036.
81. Spiro, T. G.; Smulevich, G.; Su, C. Biochemistry 1990, 29, 4497-4508.
82. Stavrov, S. S. Biophys. J. 1993, 65, 1942-1950.
83. Badger, R. M. J. Chem. Phys. 1934, 2, 128-131.
84. Park, E. S.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5800-5806.
85. Lambert, D. K. J. Chem. Phys. 1988, 89, 3847-3860.
86. Bishop, D. M. J. Chem. Phys. 1992, 98, 3179-3184.
87. Bersuker, I. B.; Stavrov, S. S. Coord. Chem. Rev. 1988, 88, 1-68.
88. Carlson, M. L.; Regan, R.; Elber, R.; Li, H.; Phillips, G. N.; Olson, J. S.; Gibson, Q. H. Biochemistry 1994, 33, 10597-10606.
89. Kuriyan, J.; Wilz, S.; Karplus, M.; Petsko, G. A. J. Mol. Biol. 1986, 192, 133-154.