Outer-shell and inner-shell coordination of phosphate group to hydrated metal ions (Mg2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+) in the presence and absence of nucleobase. The role of nonelectrostatic effects

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 107, Issue 8, 2003, Pages 1913-1923

  Rulíšek, Lubomír ^b,c   Šponer, Jiří ^a,b  

^a INSTITUTE OF BIOPHYSICS   (Czech Republic)

^b J HEYROVSKÝ INSTITUTE OF PHYSICAL CHEMISTRY   (Czech Republic)

^c INSTITUTE OF ORGANIC CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY   (Czech Republic)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATTENUATION; DECOMPOSITION; DNA; MOLECULAR STRUCTURE; PROBABILITY DENSITY FUNCTION;

METAL IONS;

HYDRATION;

EID: 0037468432     PISSN: 10895647     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp027058f     Document Type: Article

References (111)

1. (a) Ghosh, P.; Shabat, D.; Kumar, S.; Sinha, S. C.; Grynszpan, F.; Li, J.; Noodleman, L.; Keinan, E. Nature 1996, 382, 339.
2. (b) Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos B. O. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13156.
3. (c) De Kerpel, J. O. A.; Pierloot, K.; Ryde, U. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8375.
4. (d) Noy, D.; Yerushalmi, R.; Brumfeld, V.; Ashur, I.; Scheer, H.; Baldridge, K. K.; Scherz, A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3937.
5. (e) Lovell, T.; Li, J.; Liu, T.; Case D. A.; Noodleman, L. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12392.
6. (f) Davis, M. I.; Orville, A. M.; Neese, F.; Zaleski, J. M.; Lipscomb, J. D.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 602.
7. (a) Šponer, J.; Burda, J. V.; Sabat, M.; Leszczynski, J.; Hobza, P. J. Phys. Chem. A 1998 102, 5951.
8. (b) Šponer, J.; Sabat, M.; Gorb, L; Leszczynski, J.; Lippert, B.; Hobza, P. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 7535.
9. (a) Ryde, U.; Olsson, M. H. M. Int. J. Quantum Chem. 2001, 81, 335.
10. (b) Olsson, M. H. M.; Ryde, U. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7866.
11. (a) Correll, C. C.; Freeborn, B.; Moore, P. B.; Steitz, T. A. Cell 1997, 91, 705.
12. (b) Harper, A.; Brannigan, J. A.; Buck, M.; Hewitt, L.; Lewis, R. J.; Moore, M. H.; Schneider, B. Acta Crystallogr. D, Biol. Crystallogr. 1998, 54, 1273.
13. (c) Soler-Lopez, M.; Malinina, L.; Liu, J.; Huynh-Dinh, T.; Subirana, J. A. J. Biol. Chem. 1999, 274, 23683.
14. (d) Ennifar, E.; Yusupov, M.; Walter, P.; Marquet, R.; Ehresmann, B.; Ehresmann, C.; Dumas, P. Struct. Fold. Des. 1999, 7, 1439.
15. (e) Abrescia, N. G. A.; Malinina, L.; Fernandez, L. G.; Huynh-Dinh, T.; Neidle, S.; Subirana, J. A. Nucl. Acids Res. 1999, 27, 1593.
16. (f) Cate, J. H.; Hanna, R. L.; Doudna, J. A. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 553.
17. (g) McKay, D. B. RNA 1996, 2, 395.
18. (h) Tereshko, V.; Wilds, C. J.; Minasov, G.; Prakash, T. P.; Maier, M. A.; Howard, A. Wawrzak, Z. Manoharan, M.; Egli, M. Nucl. Acids Res 2001, 29, 1208.
19. (i) Shui, X. Q.; Sines, C. C.; McFail-Isom, L.; VanDerveer, D.; Williams, L. D. Biochemistry 1998, 37, 16877.
20. (j) For a recent crystal-lographic review on DNA-metal binding see: Egli, M. Chem. Biol. 2002, 9, 277.
21. (a) Lippert, B. Coord. Chem. Rev. 2000, 200, 487.
22. (b) Sigel, R. K. O.; Freisinger, E.; Lippert, B. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 287.
23. Marzilli, L. G.; Ano, S.; Intini, F. P.; Natile, G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9133.
24. (a) Siegbahn, P. E. M.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 117.
25. (b) Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2000, 39, 2923.
26. (c) Li, J.; Nelson, M. R.; Peng, C. Y.; Bashford, D.; Noodleman, L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 6311.
27. (d) Li, J.; Fisher, C. L.; Konecny, R.; Bashford, D.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 1999, 38, 929.
28. (e) Konecny, R.; Li, J.; Fisher, C. L.; Dillet, V.; Bashford, D.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 1999, 38, 940.
29. (f) Himo, F.; Eriksson, L. A.; Maseras, F.; Siegbahn, P. E. M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8031.
30. (g) Siegbahn, P. E. M. J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 27.
31. (a) Niu, S.; Hall, M. B. Chem. Rev. 2000, 100, 353.
32. (b) Loew, G. H.; Harris, D. L. Chem. Rev. 2000, 100, 407.
33. (c) Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem. Rev. 2000, 100, 421.
34. (d) Frenking, G.; Fröhlich, N. Chem. Rev. 2000, 100, 717.
35. (e) Hush, N. S.; Reimers, J. R. Chem. Rev. 2000, 100, 775.
36. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1999, 50, 221.
37. Bluhm, B. K.; Shields, S. J., Bayse C. A.; Hall, M. B.; Russell, D. H. Int. J. Mass. Spectrom. 2001, 204, 31.
38. Vrettos, J. S.; Stone, D. A.; Brudvig, G. W. Biochemistry 2001, 40, 7937.
39. (a) Garmer, D. R.; Gresh, N. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3556.
40. (b) Gresh, N.; Garmer, D. R. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1481.
41. (c) Garmer, D. R.; Gresh, N.; Roques, B. P. Proteins Struct. Funct. Genet. 1998, 31, 42.
42. (d) Dudev, T.; Cowan, J. A.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7665.
43. (e) Dudev, T.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11146.
44. (f) Dudev, T.; Lim, C. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4446.
45. (g) Bock, C. W.; Katz, A. K.; Markham, G. D.; Glusker, J. P. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7360.
46. (h) Bock, C. W.; Katz, A. K.; Glusker, J. P. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3754.
47. (i) Rodriguez-Santiago, L.; Sodupe, M.; Tortajada, J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 5340.
48. (j) Bertram J.; Rodriguez-Santiago, L.; Sodupe M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2310.
49. (a) Rulíšek, L.; Vondrášek J. J. Inorg. Biochem. 1998, 71, 115.
50. (b) Rulíšek, L.; Havlas, Z. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10428.
51. Rulíšek, L.; Havlas, Z. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3855.
52. (a) Pearson, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 3533.
53. (b) Parr, R. G.; Pearson, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 7512.
54. (a) Irving, H.; Williams, R. J. P. Nature 1948, 162, 746.
55. (b) Sigel, H.; McCormick, D. B. Acc. Chem. Res. 1970, 3, 201.
56. (a) Rulíšek, L.; Havlas, Z. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 1634.
57. (b) Rulíšek, L.;Havlas, Z. J. Chem. Phys. 2000, 112, 149.
58. (a) Šponer, J.; Burda J. V.; Mejzlík, P.; Leszczynski, J.; Hobza, P. J. Biomol. Struct. Dyn. 1997, 14, 613.
59. (b) Famulari, A.; Moroni, F.; Sironi, M.; Raimondi, M. Comput. Chem. 2000, 24, 341.
60. (c) Pelmenschikov, A.; Zilberberg, I.; Leszczynski, J.; Famulari, A.; Sironi, M.; Raimondi, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 496.
61. (d) Burda, J. V.; Šponer, J.; Leszczynski, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 4404.
62. (e) Muñoz, J.; Gelpí, J. L.; Soler-Lopez, M.; Subirana, J. A.; Orozco, M.; Luque, F. J. J. Phys. Chem B 2002, 106, 0000.
63. (a) Šponer, J.; Sponer, J. E.; Leszczynski, J. J. Biomol. Struct. Dyn. 2000, 17, 1087.
64. (b) Petrov, A. S.; Lamm, G.; Pack, G. R. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3294.
65. Šponer, J. E.; Glahe, F.; Leszczynski, J.; Lippert, B.; Šponer, J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12171.
66. Gresh, N.; Šponer, J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 11415.
67. (a) Burda, J. V.; Šponer, J.; Leszczynski, J. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 178.
68. (b) Šponer, J.; Šponer, J. E.; Gorb, L.; Leszczynski, J.; Lippert, B. J. Phys. Chem. A 1979, 103, 11406.
69. (c) Šponer, J. E.; Leszczynski, J.; Glahe, F.; Lippert, B.; Šponer, J. Inorg. Chem. 2001, 40, 3269.
70. (a) Gu, J. D.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 529.
71. (b) Meyer, M.; Steinke, T.; Brandl, M.; Suhnel, J. J. Comput. Chem. 2001, 22, 109.
72. (a) Deubel, D. V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5834.
73. (b) Baik, M. H.; Friesner, R. A.; Lippard, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4495.
74. (a) Schneider, B.; Kabelac, M.; Hobza, P. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8, 12207.
75. (b) Yang, E.; Zhou, L. X.; Zhang, Y. F. Chin. J. Struct. Chem. 2002, 21, 103.
76. (c) Murashov, V. V.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8391.
77. 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. Gaussian 98, Revision A.6; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
78. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
79. (a) Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
80. (b) Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
81. (c) Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200.
82. (a) Watchers, A. J. H. J. Chem. Phys. 1970, 52, 1033.
83. (b) Hay, P. J. J. Chem. Phys. 1977, 66, 4377.
84. (c) Raghavachari, K.; Trucks, G. W. J. Chem. Phys. 1989, 91, 1062.
85. (a) McLean, A. D.; Chandler, G. S. J. Chem. Phys. 1980, 72, 5639.
86. (b) Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650.
87. Stevens, W. J.; Krauss, M.; Basch, H.; Jasien, P. G. Can. J. Chem. 1992, 70, 612.
88. Hurley, M. M.; Pacios, L. F.; Christiansen, P. A.; Ross, R. B.; Emler, W. C. J. Chem. Phys. 1986, 84, 6840.
89. (a) Ahlrichs, R.; Bar, M.; Haser, M.; Horn, H.; Kolmel, C. Chem. Phys. Lett. 1989, 162, 165.
90. (b) Feyresein, M.; Fitzgerald, G.; Komornicky, A. Chem. Phys. Lett. 1993, 208, 359.
91. (c) Weigend, F.; Haser, M.; Patzelt, H.; Ahlrichs, R. Chem. Phys. Lett. 1998, 294, 143.
92. (a) Jurecka, P.; Nachtigall, P.; Hobza, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 4578.
93. (b) Hobza, P.; Sponer, J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11802.
94. (a) Klamt, A.; Schuurmann, G. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 1993, 799.
95. (b) Barone, V.; Cossi, M.; Tomasi, J. J. Comput. Chem. 1998, 19, 404.
96. (a) Walker, N.; Dobson, M. P.; Wright, R. R.; Barran, P. E.; Murrell, J. N. Stace A. J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11138.
97. (b) Stace, A. J.; Walker, N. R.; Firth, S. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 10239.
98. (c) Berces, A.; Nukada, T; Margl, P.; Ziegler, T. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 9693.
99. (a) Šponer, J.; Leszczynski, J.; Hobza, P. Biopolymers 2001, 61, 3.
100. (b) Šponer, J.; Hobza, P. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4592.
101. (a) Young, M. A.; Ravishanker, G.; Beveridge, D. L. Biophys. J. 1997, 73, 2313.
102. (b) Špačková, N.; Berger, I.; Šponer, J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3295.
103. (c) Špačková, N.; Berger, I.; Šponer, J. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5519.
104. (d) Csaszar, K.; Špačková, N.; Štefl, R.; Šponer, J.; Leontis, N. B. J. Mol. Biol. 2001, 313, 1073.
105. (e) Burkhardt, C.; Zacharias, M. Nucl. Acids Res. 2001, 29, 3910.
106. (f) Hermann, T.; Auffinger, P.; Scott, W. G.; Westhof, E. Nucl. Acids Res. 1997, 25, 3421.
107. (g) Martinez, J. M.; Elmroth, S. K. C.; Kloo, L. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12279.
108. (h) Misra, V. K.; Draper, D. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 12456.
109. (i) van Buuren, B. N. M.; Hermann, T. Wijmenga, S. S.; Westhof, E. Nucl. Acids Res. 2002, 30, 507.
110. (j) Hermann, T.; Westhof, E. Structure 1998, 6, 1303.
111. Haider, S.; Parkinson, G. N.; Neidle, S. J. Mol. Biol. 2002, 320, 189-200.