Structural Dynamics of Myoglobin: Ligand migration and binding in valine 68 mutants

Journal of Biological Chemistry

Volumn 278, Issue 43, 2003, Pages 42532-42544

  Nienhaus, Karin ^a   Deng, Pengchi ^a   Olson, John S ^b   Warren, Joshua J ^b,d   Nienhaus, G Ulrich ^a,c  

^a UNIVERSITY OF ULM   (Germany)

^b RICE UNIVERSITY   (United States)

^c UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

^d DUKE UNIVERSITY MEDICAL CENTER   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINO ACIDS; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; MUTAGENESIS; PHOTOLYSIS; THERMAL EFFECTS;

STRUCTURAL DYNAMICS;

PROTEINS;

AMINO ACID; AROMATIC AMINO ACID; CARBON DIOXIDE; LIGAND; MUTANT PROTEIN; MYOGLOBIN; OXYGEN; SERINE; SOLVENT; THREONINE; VALINE;

AMINO ACID SUBSTITUTION; ARTICLE; CONTROLLED STUDY; ELECTRIC FIELD; INFRARED SPECTROSCOPY; LIGAND BINDING; LOW TEMPERATURE PROCEDURES; NONHUMAN; PHOTOLYSIS; PRIORITY JOURNAL; PROTEIN BINDING; PROTEIN STRUCTURE; ROOM TEMPERATURE; SEQUENCE ANALYSIS; TEMPERATURE DEPENDENCE; TEMPERATURE SENSITIVITY; WHALE;

AMINO ACID SUBSTITUTION; ANIMALS; BINDING SITES; CARBON MONOXIDE; ELECTROSTATICS; KINETICS; LIGANDS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR STRUCTURE; MUTAGENESIS, SITE-DIRECTED; MYOGLOBIN; SPECTROSCOPY, FOURIER TRANSFORM INFRARED; TEMPERATURE; VALINE; WHALES;

CETACEA; PHYSETER CATODON;

EID: 0142242162     PISSN: 00219258     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1074/jbc.M306888200     Document Type: Article

References (78)

1. Kendrew, J. C., Dickerson, R. E., Strandberg, B. E., Hart, R. G., Davies, D. R., Phillips, D. R., Phillips, D. C., and Shore, V. C. (1960) Nature 185, 422-427
2. Brunori, M., Bonaventura, J., Bonaventura, C., Antonini, E., and Wyman, J. (1972) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 69, 868-871
3. Austin, R. H., Beeson, K. W., Eisenstein, L., Frauenfelder, H., and Gunsalus, I. C. (1975) Biochemistry 14, 5355-5373
4. Nienhaus, G. U., Mourant, J. R., and Frauenfelder, H. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89, 2902-2906
5. Nienhaus, G. U., Mourant, J. R., Chu, K., and Frauenfelder, H. (1994) Biochemistry 33, 13413-13430
6. Powers, L., Chance, B., Chance, M., Campbell, B., Friedman, J., Khalid, S., Kumar, C., Naqui, A., Reddy, K. S., and Zhou, Y. (1987) Biochemistry 26, 4785-4796
7. Powers, L. S., and Blumberg, W. E. (1988) Biophys. J. 54, 181-185
8. Schlichting, I., Berendzen, J., Phillips, G. N., Jr., and Sweet, R. M. (1994) Nature 371, 808-812
9. Teng, T. Y., Srajer, V., and Moffat, K. (1994) Nat. Struct. Biol. 1, 701-705
10. Hartmann, H., Zinser, S., Komninos, P., Schneider, R. T., Nienhaus, G. U., and Parak, F. (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 93, 7013-7016
11. Ostermann, A., Waschipky, R., Parak, F. G., and Nienhaus, G. U. (2000) Nature 404, 205-208
12. Chu, K., Vojtchovsky, J., McMahon, B. H., Sweet, R. M., Berendzen, J., and Schlichting, I. (2000) Nature 403, 921-923
13. Brunori, M., Vallone, B., Cutruzzola, F., Travaglini-Allocatelli, C., Berendzen, J., Chu, K., Sweet, R. M., and Schlichting, I. (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 97, 2058-2063
14. Tilton, R. F., Jr., Kuntz, I. D., Jr., and Petsko, G. A. (1984) Biochemistry 23, 2849-2857
15. Srajer, V., Ren, Z., Teng, T. Y., Schmidt, M., Ursby, T., Bourgeois, D., Pradervand, C., Schildkamp, W., Wulff, M., and Moffat, K. (2001) Biochemistry 40, 13802-13815
16. Eich, R. F., Li, T., Lemon, D. D., Doherty, D. H., Curry, S. R., Aitken, J. F., Mathews, A. J., Johnson, K. A., Smith, R. D., Phillips, G. N., Jr., and Olson, J. S. (1996) Biochemistry 35, 6976-6983
17. Olson, J. S., and Phillips, G. N., Jr. (1996) J. Biol. Chem. 271, 17593-17596
18. Frauenfelder, H., McMahon, B. H., Austin, R. H., Chu, K., and Groves, J. T. (2001) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98, 2370-2374
19. Brunori, M. (2001) Trends Biochem. Sci. 26, 209-210
20. Quillin, M. L., Arduini, R. M., Olson, J. S., and Phillips, G. N., Jr. (1993) J. Mol. Biol. 234, 140-155
21. Rohlfs, R. J., Mathews, A. J., Carver, T. E., Olson, J. S., Springer, B. A., Egeberg, K. D., and Sligar, S. G. (1990) J. Biol. Chem. 265, 3168-3176
22. Springer, B. A., Egeberg, K. D., Sligar, S. G., Rohlfs, R. J., Mathews, A. J., and Olson, J. S. (1989) J. Biol. Chem. 264, 3057-3060
23. Carver, T. E., Rohlfs, R. J., Olson, J. S., Gibson, Q. H., Blackmore, R. S., Springer, B. A., and Sligar, S. G. (1990) J. Biol. Chem. 265, 20007-20020
24. Egeberg, K. D., Springer, B. A., Sligar, S. G., Carver, T. E., Rohlfs, R. J., and Olson, J. S. (1990) J. Biol. Chem. 265, 11788-11795
25. Quillin, M. L., Li, T., Olson, J. S., Phillips, G. N., Jr., Dou, Y., Ikeda-Saito, M., Regan, R., Carlson, M., Gibson, Q. H., Li, H., and Elber, R. (1995) J. Mol. Biol. 245, 416-436
26. Smerdon, S. J., Dodson, G. G., Wilkinson, A. J., Gibson, Q. H., and Blackmore, R. S. (1991) Biochemistry 30, 6252-6260
27. Cameron, A. D., Smerdon, S. J., Wilkinson, A. J., Habash, J., Helliwell, J. R., Li, T., and Olson, J. S. (1993) Biochemistry 32, 13061-13070
28. Braunstein, D., Ansari, A., Berendzen, J., Cowen, B. R., Egeberg, K. D., Frauenfelder, H., Hong, M. K., Ormos, P., Sauke, T. B., Scholl, R., Schulte, R. A., Sligar, S. G., Springer, B. A., Steinbach, P. J., and Young, R. D. (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 85, 8497-8501
29. Mourant, J. R., Braunstein, D. P., Chu, K., Frauenfelder, H., Nienhaus, G. U., Ormos, P., and Young, R. D. (1993) Biophys. J. 65, 1496-1507
30. Alben, J. O., Beece, D., Bowne, S. F., Doster, W., Eisenstein, L., Frauenfelder, H., Good, D., McDonald, J. D., Marden, M. C., Moh, P. P., Reinisch, L., Reynolds, A. H., Shyamsunder, E., and Yue, K. T. (1982) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 79, 3744-3748
31. Caughey, W. S. (1970) Ann. N. Y. Acad. Sci. 174, 148-153
32. Müller, J. D., McMahon, B. H., Chien, E. Y., Sligar, S. G., and Nienhaus, G. U. (1999) Biophys. J. 77, 1036-1051
33. Johnson, J. B., Lamb, D. C., Frauenfelder, H., Müller, J. D., McMahon, B., Nienhaus, G. U., and Young, R. D. (1996) Biophys. J. 71, 1563-1573
34. Yang, F., and Phillips, G. N., Jr. (1996) J. Mol. Biol. 256, 762-774
35. Vojtechovsky, J., Chu, K., Berendzen, J., Sweet, R. M., and Schlichting, I. (1999) Biophys. J. 77, 2153-2174
36. Tian, W. D., Sage, J. T., and Champion, P. M. (1993) J. Mol. Biol. 233, 155-166
37. Park, E. S., Andrews, S. S., Hu, R. B., and Boxer, S. G. (1999) J. Phys. Chem. B 103, 9813-9817
38. Park, E. S., Boxer, S. G. (2002) J. Phys. Chem. 106, 5800-5806
39. Franzen, S. (2002) J. Am. Chem. Soc. 124, 13271-13281
40. Lamb, D. C., Nienhaus, K., Arcovito, A., Draghi, F., Miele, A. E., Brunori, M., and Nienhaus, G. U. (2002) J. Biol. Chem. 277, 11636-11644
41. Kriegl, J. M., Nienhaus, K., Deng, P., Fuchs, J., and Nienhaus, G. U. (2003) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 7069-7074
42. Nienhaus, K., Deng, P., Kriegl, J. M., and Nienhaus, G. U. (2003) Biochemistry 42, 9633-9646
43. Nienhaus, K., Deng, P., Kriegl, J. M., and Nienhaus, G. U. (2003) Biochemistry 42, 9647-9658
44. Lim, M., Jackson, T. A., and Anfinrud, P. A. (1997) Nat. Struct. Biol. 4, 209-214
45. Srajer, V., Reinisch, L., and Champion, P. M. (1991) Biochemistry 30, 4886-4895
46. Nienhaus, G. U., and Nienhaus, K. (2002) J. Biol. Phys. 28, 163-172
47. Dou, Y., Maillett, D. H., Eich, R. F., and Olson, J. S. (2002) Biophys. Chem. 98, 127-148
48. Springer, B. A., and Sligar, S. G. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 84, 8961-8965
49. Berendzen, J., and Braunstein, D. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 87, 1-5
50. Nienhaus, G. U., and Young, R. D. (1996) in Protein Dynamics (Trigg, G. L., ed) pp. 163-184, VCH Publishers, New York
51. Henry, E. R., Sommer, J. H., Hofrichter, J., and Eaton, W. A. (1983) J. Mol. Biol. 166, 443-451
52. Petrich, J. W., Poyart, C., and Martin, J. L. (1988) Biochemistry 27, 4049-4060
53. Miller, L. M., Patel, M., and Chance, M. R. (1996) J. Am. Chem. Soc. 34, 10170-10179
54. Jongeward, K. A., Magde, D., Taube, D. J., Marsters, J. C., Traylor, T. G., and Sharma, V. S. (1988) J. Am. Chem. Soc. 110, 380-387
55. Ye, X., Demidov, A., and Champion, P. M. (2002) J. Am. Chem. Soc. 124, 5914-5924
56. Scott, E. E., Gibson, Q. H., and Olson, J. S. (2001) J. Biol. Chem. 276, 5177-5188
57. Nienhaus, G. U., Chu, K., and Jesse, K. (1998) Biochemistry 37, 6819-6823
58. Nienhaus, K., Lamb, D. C., Deng, P., and Nienhaus, G. U. (2002) Biophys. J. 82, 1059-1067
59. Li, T., Quillin, M. L., Phillips, G. N., Jr., and Olson, J. S. (1994) Biochemistry 33, 1433-1446
60. Spiro, T. G. (1995) Science 270, 221
61. Pechik, I., Ji, X., Fidelis, K., Karavitis, M., Moult, J., Brinigar, W. S., Fronticelli, C., and Gilliland, G. L. (1996) Biochemistry 35, 1935-1945
62. Fronticelli, C., Brinigar, W. S., Olson, J. S., Bucci, E., Gryczynski, Z., O'Donnell, J. K., and Kowalczyk, J. (1993) Biochemistry 32, 1235-1242
63. Christian, J. F., Unno, M., Sage, J. T., Champion, P. M., Chien, E., and Sligar, S. G. (1997) Biochemistry 36, 11198-11204
64. Phillips, G. N., Jr., Teodoro, M. L., Li, T., Smith, B., and Olson, J. S. (1999) J. Phys. Chem. B 103, 8817-8829
65. Vogel, K. M., Kozlowski, P. M., Zgierski, M. Z., and Spiro, T. G. (1999) J. Am. Chem. Soc. 121, 9915-9921
66. Ray, G. B., Li, X.-Y., Ibers, J. A., Sessler, J. L., and Spiro, G. S. (1994) J. Am. Chem. Soc. 116, 162-176
67. Park, K. D., Guo, K. M., Adebodun, F., Chiu, M. L., Sligar, S. G., and Oldfield, E. (1991) Biochemistry 30, 2333-2347
68. Hong, M. K., Braunstein, D., Cowen, B. R., Frauenfelder, H., Iben, I. E., Mourant, J. R., Ormos, P., Scholl, R., Schulte, A., Steinbach, P. J., and Young, R. D. (1990) Biophys. J. 58, 429-436
69. Srajer, V., Teng, T., Ursby, T., Pradervand, C., Ren, Z., Adachi, S., Schildkamp, W., Bourgeois, D., Wulff, M., and Moffat, K. (1996) Science 274, 1726-1729
70. Nienhaus, K. (2003) Spectroscopic Studies of Ligand Migration in Myoglobin, Thesis, University of Ulm, Ulm
71. Dantsker, D., Samuni, U., Friedman, A. J., Yang, M., Ray, A., and Friedman, J. M. (2002) J. Mol. Biol. 315, 239-251
72. Elber, R., and Karplus, M., (1990) J. Am. Chem. Soc. 112, 9161-9175
73. Sugimoto, T., Unno, M., Shiro, Y., Dou, Y., and Ikeda-Saito, M. (1998) Biophys. J. 75, 2188-2194
74. Gibson, Q. H., Regan, R., Elber, R., Olson, J. S., and Carver, T. E. (1992) J. Biol. Chem. 267, 22022-22034
75. Draghi, F., Miele, A. E., Travaglini-Allocatelli, C., Vallone, B., Brunori, M., Gibson, Q. H., and Olson, J. S. (2002) J. Biol. Chem. 277, 7509-7519
76. Ishikawa, H., Uchida, T., Takahashi, S., Ishimori, K., and Morishima, I. (2001) Biophys. J. 80, 1507-1517
77. Hirota, S., Li, T., Phillips, G. N., Jr., Olson, J. S., Mukai, M., and Kitagawa, T. (1996) J. Am. Chem. Soc. 118, 7845-7846
78. Springer, B. A., Sligar, S. G., Olson, J. S., and Phillips, G. (1994) Chem. Rev. 94, 699-714