Photoisomerization and proton transfer in photoactive yellow protein

Journal of the American Chemical Society

Volumn 125, Issue 27, 2003, Pages 8186-8194

  Thompson, Michael J ^a   Bashford, Donald ^a   Noodleman, Louis ^a   Getzoff, Elizabeth D ^a  

^a SCRIPPS RESEARCH INSTITUTE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

PHOTOACTIVE YELLOW PROTEINS;

CHROMOPHORES; CRYSTAL STRUCTURE; POTENTIAL ENERGY; PROTONS;

PROTEINS;

PHOTOACTIVE YELLOW PROTEIN;

ANALYTIC METHOD; ARTICLE; ATOMIC PARTICLE; CHROMATOPHORE; CRYSTAL STRUCTURE; ISOMERISM; LOW TEMPERATURE; PROTEIN ANALYSIS; PROTEIN STRUCTURE; PROTON TRANSPORT; ROOM TEMPERATURE; SPECTROSCOPY;

BACTERIAL PROTEINS; ISOMERISM; MODELS, MOLECULAR; PHOTOCHEMISTRY; PHOTORECEPTORS, MICROBIAL; PROTEIN CONFORMATION; PROTONS; QUANTUM THEORY; SPECTROPHOTOMETRY, ULTRAVIOLET; THERMODYNAMICS;

EID: 0038344081     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja0294461     Document Type: Article

References (77)

1. Meyer, T. E.; Yakali, E.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G. Biochemistry 1987, 26, 418.
2. Hoff, W. D.; Dux, P.; Hard, K.; Devreese, B.; Nugteren-Roodzant, I. M.; Crielaard, W.; Boelens, R.; Kaptein, R.; van Beeumen., J.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1994, 33, 13 959.
3. Hellingwerf, K. J.; Hoff, W. D.; Crielaard, W. Mol. Microbiol. 1996, 21, 683.
4. Meyer, T. E. Biochim. Biophys. Acta 1985, 806, 175.
5. Meyer, T. E.; Tollin, G.; Causgrove, T. P.; Cheng, P.; Blankenship, R. E. Biophys. J. 1991, 59, 988.
6. Koh, M.; Van Driessche, G.; Samyn, B.; Hoff, W. D.; Meyer, T. E.; Cusanovich, M. A.; Van Beeumen., J. J. Biochemistry 1996, 35, 2526.
7. Sprenger, W. W.; Hoff, W. D.; Armitage, J. P.; Hellingwerf, K. J. J. Bacteriol. 1993, 175, 3096.
8. Baca, M.; Borgstahl, G. E.; Boissinot, M.; Burke, P. M.; Williams, D. R.; Slater, K. A.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1994, 33, 14369.
9. Borgstahl, G. E.; Williams, D. R.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1995, 34, 6278.
10. Kim, M.; Mathies, R. A.; Hoff, W. D.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1995, 34, 12669.
11. Demchuk, E.; Genick, U. K.; Woo, T. T.; Getzoff, E. D.; Bashford, D. Biochemistry 2000, 39, 1100.
12. Genick, U. K.; Soltis, S. M.; Kuhn, P.; Canestrelli, I. L.; Getzoff, E. D. Nature 1998, 392, 206.
13. Imamoto, Y.; Kataoka, M.; Tokunaga, F. Biochemistry 1996, 35, 14 047.
14. Imamoto, Y.; Kataoka, M.; Tokunaga, F.; Asahi, T.; Masuhara, H. Biochemistry 2001, 40, 6047.
15. Ujj, L.; Devanathan, S.; Meyer, T. E.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G.; Atkinson, G. H. Biophys. J. 1998, 75, 406.
16. Devanathan, S.; Pacheco, A.; Ujj, L.; Cusanovich, M.; Tollin, G.; Lin, S.; Woodbury, N. Biophys. J. 1999, 77, 1017.
17. Hoff, W. D.; van Stokkum, I. H.; van Ramesdonk., H. J.; van Brederode., M. E.; Brouwer, A. M.; Fitch, J. C.; Meyer, T. E.; van Grondelle., R.; Hellingwerf, K. J. Biophys. J. 1994, 67, 1691.
18. Gensch, T.; Gradinaru, C.; van Stokkum, I.; Hendriks, J.; Hellingwerf, K.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2002, 356, 347.
19. Imamoto, Y.; Shirahige, Y.; Tokunaga, F.; Kinoshita, T.; Yoshihara, K.; Kataoka, M. Biochemistry 2001, 40, 8997.
20. Brudler, R.; Rammelsberg, R.; Woo, T. T.; Getzoff, E. D.; Gerwert, K. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 265.
21. Unno, M.; Kumauchi, M.; Sasaki, I.; Tokunaga, F.; Yamauchi, S. Biochemistry 2002, 41, 5668.
22. Xie, A.; Kelemen, L.; Hendriks, J.; White, B. J.; Hellingwerf, K. J.; Hoff, W. D. Biochemistry 2001, 40, 1510.
23. Ren, Z.; Perman, B.; Srajer, V.; Teng, T. Y.; Pradervand, C.; Bourgeois, D.; Schotte, F.; Ursby, T.; Kort, R.; Wulff, M.; Moffat, K. Biochemistry 2001, 40, 13 788.
24. Genick, U. K.; Borgstahl, G. E.; Ng, K.; Ren, Z.; Pradervand, C.; Burke, P. M.; Srajer, V.; Teng, T. Y.; Schildkamp, W.; McRee, D. E.; Moffat, K.; Getzoff, E. D. Science 1997, 275, 1471.
25. Unno, M.; Kumauchi, M.; Sasaki, J.; Tokunaga, F.; Yamauchi, S. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4233.
26. Xie, A.; Hoff, W. D.; Kroon, A. R.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1996, 35, 14 671.
27. Genick, U. K.; Devanathan, S.; Meyer, T. E.; Canestrelli, I. L.; Williams, E.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1997, 36, 8.
28. Imamoto, Y.; Mihara, K.; Hisatomi, O.; Kataoka, M.; Tokunaga, F.; Bojkova, N.; Yoshihara, K. J. Biol. Chem. 1997, 272, 12 905.
29. Meyer, T. E.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G. Arch. Biochem. Biophys. 1993, 306, 515.
30. Borucki, B.; Devanathan, S.; Otto, H.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G.; Heyn, M. P. Biochemistry 2002, 41, 10 026.
31. Meyer, T. E.; Tollin, G.; Hazzard, J. H.; Cusanovich, M. A. Biophys. J. 1989, 56, 559.
32. Hoff, W.; Kwa, S.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K. Photochem. Photobiol. 1992, 56, 529.
33. Molina, V. Merchan, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 4299.
34. Sergi, A.; Gruning, M.; Ferrario, M.; Buda, F. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4386.
35. Groenhof, G.; Lensink, M. F.; Berendsen, H. J. C.; Snijders, J. G.; Mark, A. E. Proteins 2002, 48, 202.
36. Casida, M. E. In Recent Advances in Density Functional Theory; Chong, D. P., Ed.; World Scientific: Singapore, 1999; pages 100-110.
37. Gross, E. Kohn, W. Adv. Quantum Chem. 1990, 21, 255.
38. Gross, E.; Dobson, J.; Petersilka, M. Density-Functional Theory of Time-Dependent Phenomena; Springer: Heidelberg, 1996; pages 81-172.
39. van Gisbergen, S.; Snijders, J.; Baerends, E. Comput. Phys. Commun. 1999, 118, 119.
40. te Velde, G.; Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J.; Guerra, C. F.; van Gisbergen, S. J. A.; Sniders, J. G.; Ziegler, T. J. Comput. Chem. 2001, 22, 931.
41. Guerra, C. F.; Snijders, J. G.; te Velde, G.; Baerends, E. J. Theor. Chem. Acc. 1998, 99, 391.
42. Scientific Computing Modelling NV. ADF codes version 2000.02. Department of Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit, Amsterdam, 2000.
43. Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200.
44. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1986, 84, 4524.
45. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822.
46. Sheldrick, G. SHELX-97 Manual 1997.
47. Sheldrick, G.; Schneider, T. In Methods in Enzymology; Sweet, R. Carter Jr., C., Eds.; Academic Press: Orlando, Florida, 1997; Vol. 277, pages 319-343.
48. 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.; an d C. Adamo, C. P.; 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.; nayakkara, A. N.; 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.7), Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 1998.
49. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
50. Han, W.; Lovell, T.; Liu, T.; Noodleman, L. Chem. Phys. Chem. 2002, 3, 167.
51. Stewart, J. J. Comput. Chem. 1989, 10, 221.
52. Getzoff, E. D.; Gutwin, K. N.; Genick, U. K. Nat. Struct. Bio. 2003, submitted.
53. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19 357.
54. Dapprich, S.; Komaromi, I.; Byun, K. S.; Morokuma, K.; Frisch, M. J. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 461-462, 1.
55. Morokuma, K.; Musaev, D. G.; Vreven, T.; Basch, H.; Torrent, M.; Khoroshun, D. V. IBM J. Res. Dev. 2001, 45, 367.
56. Lim, C.; Bashford, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5610.
57. Chen, J.; Noodlernan, L.; Case, D.; Bashford, D. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11 059.
58. Li, J.; Nelson, M.; Peng, C.; Bashford, D.; Noodleman, L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 6311.
59. Liu, T.; Ullmann, G. M.; Noodleman, L. SCRF 2000: A self-consistent-reaction-field code for use with ADF 2000, Jan., 2001.
60. Thompson, M. J.; Liu, T.; Bashford, D.; Getzoff, E. D.; Noodleman, L. 2002, in preparation.
61. Asthagiri, D.; Dillet, V.; Liu, T.; Noodleman, L.; Van Etten, R. L.; Bashford, D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10 225.
62. Sitkoff, D.; Sharp, K.; Honig, B. J. Phys. Chem. 1994, 98, 1978.
63. Connolly, M. J. Appl. Crystallogr. 1983, 16, 548.
64. Devanathan, S.; Lin, S.; Cusanovich, M. A.; Woodbury, N.; Tollin, G. Biophys. J. 2000, 79, 2132.
65. Thompson, M. J.; Liu, T.; Bashford, D.; Getzoff, E. D.; Noodleman, L. 2002, in preparation.
66. Imamoto, Y.; Koshimizu, H.; Mihara, K.; Hisatomi, O.; Mizukami, T.; Tsujimoto, K.; Kataoka, M.; Tokunaga, F. Biochemistry 2001, 40, 4679.
67. Yoda, M.; Houjou, H.; Inoue, Y.; Sakurai, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9887.
68. Turro, N. J. Modern Molecular Photochemistry; University Science Books: Sausalito, California, 1991; chapter 1-6.
69. Perman, B.; Srajer, V.; Ren, Z.; Teng, T.; Pradervand, C.; Ursby, T.; Bourgeois, D.; Schotte, F.; Wulff, M.; Kort, R.; Hellingwerf, K.; Moffat, K. Science 1998, 279, 1946.
70. Rubinstenn, G.; Vuister, G. W.; Mulder, F. A.; Dux, P. E.; Boelens, R.; Hellingwerf, K. J.; Kaptein, R. Nat. Struct. Biol. 1998, 5, 568.
71. Craven, C. J.; Derix, N. M.; Hendriks, J.; Boelens, R.; Hellingwerf, K. J.; Kaptein, R. Biochemistry 2000, 39, 14 392.
72. Hoff, W. D.; Xie, A.; Van Stokkum., I. H.; Tang, X. J.; Gural, J.; Kroon, A. R.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1999, 38, 1009.
73. Ohishi, S.; Shimizu, N.; Mihara, K.; Imamoto, Y.; Kataoka, M. Biochemistry 2001, 40, 2854.
74. van der Horst, M. A.; van Stokkum., I. H.; Crielaard, W.; Hellingwerf, K. J. FEBS Lett. 2001, 497, 26.
75. Shiozawa, M.; Yoda, M.; Kamiya, N.; Asakawa, N.; Higo, J.; Inoue, Y.; Sakurai, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7445.
76. Groenhof, G.; Lensink, M. F.; Berendsen, H. J. C.; Mark, A. E. Proteins 2002, 48, 212.
77. Molina, V. Merchan, M. personal communication, 2002.