Chromophore protonation states and the proton shuttle mechanism in green fluorescent protein: Inferences drawn from ab initio theoretical studies of chemical structures and vibrational spectra

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 105, Issue 14, 2001, Pages 2850-2857

  Yoo, Hi Young ^a,b   Boatz, J A ^b   Helms, Volkhard ^c,d   McCammon, J Andrew ^d   Langhoff, Peter W ^b,d,e,f  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b AIR FORCE RESEARCH LABORATORY   (United States)

^c MAX PLANCK INSTITUTE OF BIOPHYSICS   (Germany)

^d UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^e INDIANA UNIVERSITY   (United States)

^f UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO CALCULATIONS; CARBONYL BAND; CARBONYL MODE; CHROMOPHORE PROTONATION; GREEN FLUORESCENT PROTEIN; PHOTOACTIVE YELLOW PROTEINS; PROTON SHUTTLE MECHANISM; PROTONATION STATES; VIBRATIONAL SPECTRA;

CALCULATIONS; CHROMOPHORES; COMPUTER SIMULATION; FLUORESCENCE; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; GROUND STATE; MOLECULAR VIBRATIONS; PROTONS; RAMAN SCATTERING; STRUCTURE (COMPOSITION);

PROTEINS;

EID: 0037066871     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp003683d     Document Type: Article

References (41)

1. Ormö, M.; Cubitt, A. B.; Kallio, K.; Gross, L. A.; Tsien, R. Y.; Remington, S. J. Science 1996, 273, 1392-1395.
2. Yang, F.; Moss, L. G.; Phillips, G. N., Jr. Nature Biotechnol. 1996, 14, 1246-1251.
3. Brejc, K.; Sixma, T. K.; Kitts, P. A.; Kain, S. R.; Tsien, R. Y.; Ormö, M.; Remington, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997,94,2306-2311.
4. Wachter, R. M.; King, B. A.; Heim, R.; Kallio, K.; Tsien, R. Y.; Boxer, S. G.; Remington, S. J. Biochemistry 1997, 36, 9759-9765.
5. Palm, G. J.; Zdanov, A.; Gaitanaris, G. A.; Stauber, R.; Pavlakis, G. N.; Wlodawer, A. Nat. Struct. EM. 1998, 4, 261-365.
6. Kurimoto, M.; Subramony, P.; Gumey, R. W.; Lovell, S.; Chmielewski, J.; Kahr, B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6952-6953.
7. Chattoraj, M.; King, B. A.; Bublitz, G. U.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 8362-8367.
8. Niwa, H.; Inouye, S.; Hirano, T.; Matsuno, T.; Kojima, S.; Kubota, M.; Ohashi, M.; Tsuji, F. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996,93, 13617-13622.
9. Heim, R.; Tsien, R. Y. Curr. Biol. 1996, 6, 178-182.
10. Lossau, H.; Kummer, A.; Heinecke, R.; Pöllinger-Dammer, F.; Kompa, C; Bieser, G.; Jonsson, T.; Suva, C. M.; Yang, M. M.; Youvan, D. C.; Michel-Beyerle, M. E. Chem. Phys. 1996, 213, 1-16.
11. Dickson, R. M.; Cubitt, A. B.; Tsien, R. Y.; Moerner, W. E. Nature 1997, 388, 355-358.
12. Kummer, A.; Kompa, C.; Lossau, H.; Pöllinger-Dammer, F.; Michel-Beyerle, M. E.; Suva, C. M.; Bylina, E. J.; Coleman, W. J.; Yang, M. M.; Youvan, D. C. Chem. Phys. 1998, 237, 183-193.
13. Bublitz, G.; King, B. A.; Boxer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 720, 9370-9371.
14. Haupts, U.; Maiti, S.; Schwille, P.; Webb, W. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 13573-13578.
15. Kneen, M.; Farinas, J.; Li, Y.; Verkman, A. S. Biophys. J. 1998, 74, 1591-1599.
16. Bardeen, C. J.; Yakovlev, V. V.; Squier, J. A.; Wilson, K. R. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13023-13027.
17. Seebacher, C.; Deeg, F. W.; Brauchte, C. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7728-7732.
18. Creemers, T. M. H.; Lock, A. J.; Subramaniam, V.; Jovin, T. M.; Völker, S. Nat. Struct. Biol. 1999,6,557-560.
19. Creemers, T. M. H.; Lock, A. J.; Subramaniam, V.; Jovin, T. M.; Völker, S. Proc. Natl, Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 2974-2978.
20. Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M. E.; Rösch, N. Chem. Phys. Lett. 1997,272, 162-167.
21. Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M. E.; Rösch, N. Chem. Phys. Lett. 1998,296,269-276.
22. Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M. E.; Rösch, N. Chem. Phys. 1998, 231, 13-25.
23. Helms, V.; Horn, E. F. Y.; Straatsma, T. P.; McCammon, J. A.; Langhoff, P. W. in Combined Quantum Mechanical and Molecular Mechanical Methods;
24. Gao, J., Thompson, M. A., Eds.; American Chemical Society: Washington, DC, 1998; Chapter 19, pp 288-295.
25. Weber, W.; Helms, V.; McCammon, J. A.; Langhoff, P. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 6177-6182.
26. Helms, V.; Winstead, C. L.; Langhoff, P. W. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2000, 500, 179-189.
27. Schamagl, C.; Raupp-Kossmann, R.; Fischer, S. F. Biophys. J. 1998, 77, 1839-1857.
28. Phillips, G. N., Jr. Curr. Opin. Stnict. Biol. 1997, 7, 821-827.
29. Tsien, R. Y. Amu. Rev. Biochem. 1998, 67, 509-544.
30. Green Fluorescent Protein, Methods in Enzymology; Conn, P. M., Ed.; Academic: London, 1999; Vol. 302.
31. van Thor, J. J.; Pierik, A. J.; Nugteren-Roodzant, I.; Xie, A.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1998, 37, 16915-16921.
32. Bell, A. F.; He, X.; Wachter, R. M.; Tonge, P. J. Biochemistry 2000,39,4423-4431.
33. Xie, A.; Hoff, W. D.; Kroom, A. R.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1996,55,14671-14678.
34. Unno, M.; Kumauchi, M.; Sasaki, J.; Tokunaga, F.; Yamauchi, S. J. Am. Chem. Soc. 2000, 722, 4233-4234.
35. (31) Boatz, J. A.; Yoo, H.-Y.; Helms, V.; McCammon, J. A.; Langhoff, P. W. In preparation.
36. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta 1973, 28, 213-222.
37. Scott, A. P.; Radom, L. J. Phys. Chem. 1996, 700, 16502-16513.
38. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A., Jr.; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P, Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, C.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaitssian 98, Revision A.I; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
39. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S. J.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347-1363.
40. Infrared Analysis ofPeptides and Proteins; Singh, B. R., Ed.; ACS Symposium Series 750; American Chemical Society: Washington, DC, 2000.
41. Borgstahl, G. E. O.; Williams, D. R.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1995, 34, 6278-6287.