First-second shell interactions in metal binding sites in proteins: A PDB survey and DFT/CDM calculations

Journal of the American Chemical Society

Volumn 125, Issue 10, 2003, Pages 3168-3180

  Dudev, Todor ^a   Lin, Yen lin ^b   Dudev, Minko ^a   Lim, Carmay ^a,b  

^a INSTITUTE OF BIOMEDICAL SCIENCES   (Taiwan)

^b NATIONAL TSING HUA UNIVERSITY   (Taiwan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BINDING ENERGY; CHEMICAL BONDS; CONTINUUM MECHANICS; DIELECTRIC MATERIALS;

METAL BINDING SITES;

PROTEINS;

CALCIUM; LIGAND; MAGNESIUM; MANGANESE; METAL; NITROGEN; OXYGEN; PROTEIN; ZINC;

ARTICLE; BINDING SITE; CALCULATION; CHEMICAL STRUCTURE; DENSITY; ENERGY TRANSFER; HYDROGEN BOND; LIGAND BINDING; METAL BINDING; MOLECULAR INTERACTION; POLARIZATION; PROTEIN DATABASE; PROTON TRANSPORT; THEORY;

BINDING SITES; CALCIUM; DATABASES, PROTEIN; KINETICS; LIGANDS; MAGNESIUM; MANGANESE; METALLOPROTEINS; METALS; MODELS, CHEMICAL; MODELS, MOLECULAR; THERMODYNAMICS; WATER; ZINC;

EID: 0242500908     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja0209722     Document Type: Article

References (96)

1. Thomson, A. J.; Gray, H. B. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 2, 155.
2. Hanna, R.; Doudna, J. A. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000, 4, 166.
3. Yamashita, M. M.; Wesson, L.; Eisenman, G.; Eisenberg, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 5648.
4. Dudev, T.; Lim, C. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3692.
5. Bertini, I.; Sigel, A.; Sigel, H., Eds.; Handbook on Metalloproteins; Marcel Dekker: New York, 2001.
6. Cowan, J. A. Biological Chemistry of Magnesium; VCH: New York, 1995.
7. Cowan, J. A. Chem. Rev. 1998, 98, 1067.
8. Pidcock, E.; Moore, G. R. J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 479.
9. Dismukes, G. C. Chem. Rev. 1996, 96, 2909.
10. Lipscomb, W. N.; Strater, N. Chem. Rev. 1996, 96. 2375.
11. Berg, J. M.; Godwin, H. A. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1997, 26, 357.
12. Christianson, D. W. Adv. Prot. Chem. 1991, 42, 281.
13. Christianson, D. W.; Cox, J. D. Annu. Rev. Biochem. 1999, 68, 33.
14. Coleman, J. E. Annu. Rev. Biochem. 1992, 61, 897.
15. Alberts, I. L.; Nadassy, K.; Wodak, S. J. Protein Sci. 1998, 7, 1700.
16. Jernigan, R.; Raghunathan, G.; Bahar, I. Curr. Op. Struct. Biol. 1994, 4, 256.
17. Bock, C. W.; Katz, A. K.; Markham, G. D.; Glusker, J. P. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7360.
18. Dudev, T.; Cowan, J. A.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7665.
19. Vallee, B. L.; Auld, D. S. Biochemistry 1990, 29, 5647.
20. Lippard, S. J.; Berg, J. M. Principles of Bioinorganic Chemistry; University Science Books: Mill Valley, CA, 1994.
21. Falke, J. J.; Snyder, E. E.; Thatcher, K. C.; Voertler, C. S. Biochemistry 1991, 30, 8690.
22. Krauss, M.; Garmer, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 642.
23. Klobukowski, M. Can. J. Chem. 1992, 70, 589.
24. Black, C. B.; Huang, H. W.; Cowan, J. A. Coord. Chem. Rev. 1994, 135/136, 165.
25. Garmer, D. R.; Gresh, N. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3556.
26. Ryde, U. Int. J. Quantum Chem. 1994, 52, 1229.
27. Bock, C. W.; Katz, A. K.; Glusker, J. P. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3754.
28. Glendening, E. D.; Feller, D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 4790.
29. Gresh, N.; Garmer, D. R. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1481.
30. Katz, A. K.; Glusker, J. P.; Beebe, S. A.; Bock, C. W. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5752.
31. Lee, S.; Kim, J.; Park, J. K.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. 1996, 100, 14329.
32. Ryde, U. J. Comput. Aided Mol. Des. 1996, 10, 153.
33. Ryde, U. Eur. Biophys. J. 1996, 24, 213.
34. Yliniemela, A.; Uchimaru, T.; Hirose, T.; Baldwin, B. W.; Tanabe, K. THEOCHEM 1996, 369, 9.
35. Deerfield, I. D. W.; Pedersen, L, G. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1997, 419, 221.
36. Hartmann, M.; Clark, T.; Eldik, R. V. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7843.
37. Miura, T.; Satoh, T.; Takeuchi, H. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1384, 171.
38. Pavlov, M.; Siegbahn, P. E. M.; Sandstrum, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 219.
39. Rulisek, L.; Vondrasek, J. J. Inorg. Biochem. 1998, 71, 115.
40. Peschke, M.; Blades, A. T.; Kebarle, P. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 9978.
41. Sponer, J.; Burda, J. V.; Sabat, M.; Leszczynski, L; Hobza, P. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 5951.
42. Topol, I. A.; Casas-Finet, J. R.; Gussio, R.; Burt, S. K.; Erickson, J. W. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1998, 423, 13.
43. Dudev, T.; Lim, C. J. Phys. Chem. A 1999. 103, 8093.
44. El Yazal, J.; Pang, Y.-P. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8773.
45. Rodriguez-Cruz, S. E.; Jockusch, R. A.; Williams, E. R. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 1986.
46. Tiraboschi, G.; Roques, B.-P.; Gresh, N. J. Comput. Chem. 1999, 20, 1379.
47. Dudev, T.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11146.
48. El Yazal, J.; Roe, R. R.; Pang. Y.-P. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6662
49. Peschke, M.; Blades, A. T.; Kebarle, P. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10440.
50. Rulisek, L.; Havlas, Z. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10428
51. Topol, I. A.; Nemukhin, A. V.; Chao, M.; Iyer, L. K.; Tawa, G. J.; Burt, S. K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7087.
52. Dudev, T.; Lim, C. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4446.
53. Dudev, T.; Lim, C. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10709.
54. Munoz, J.; Sponer, J.; Hobza, P.; Orozco, M.; Luque, F. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6051.
55. Deubel, D. V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5834.
56. Rulisek, L.; Havlas, Z. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3855.
57. Yang, W.; Lee, H.-W.; Hellinga, H.; Yang, J. J. Proteins: Struct. Func. Genet. 2002, 47, 344.
58. Falke, J. J.; Drake, S. K.; Hazard, A. L.; Peersen, O. B. Q. Rev. Biophys. 1994, 27, 219.
59. Drake, S. K.; Lee, K. L.; Falke, J. J. Biochemistry 1996, 35, 6697.
60. Ryde, U. Biophys. J. 1999, 77, 2777.
61. Ozawa, T.; Fukuda, M.; Nara, M.; Nakamura, A.; Komine, Y.; Kohama, K.; Umezawa, Y. Biochemistry 2000, 39, 14495.
62. Maynard, A. T.; Covell, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1047.
63. Dudev, T.; Lim, C. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6759.
64. Christianson, D. W.; Alexander, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 6412.
65. Lesburg, C. A.; Christianson, D. W. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6838.
66. Kiefer, L. L.; Paterno, S. A.; Fierke, C. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6831.
67. Huang, C.-C.; Lesburg, C. A.; Kiefer, L. L.; Fierke, C. A.; Christianson, D. W. Biochemistry 1996, 35, 3439.
68. Cox, E. H.; Hunt, J. A.; Compher, K. M.; Fierke, C. A.; Christianson, D. W. Biochemistry 2000, 39, 13687.
69. McCall, K. A.; Huang, C.-C.; Fierke, C. A. J. Nutr. 2000, 130, 1437S.
70. DiTusa, C. A.; McCall, K. A.; Christensen, T.; Mahapatro, M.; Fierke, C. A.; Toone, E. J. Biochemistry 2001, 40, 5345.
71. Mertz, P.; Yu, L.; Sikkink, R.; Rusnak, F. J. Biol. Chem. 1997, 272, 21296.
72. He, Q.-Y.; Mason, A. B.; Woodworth, R. C.; Tam, B. M.; MacGillivray, R. T. A.; Grady, J. K.; Chasteen, N. D. J. Biol. Chem. 1998, 273, 17018.
73. Vipond, I. B.; Moon, B.-J.; Halford, S. E. Biochemistry 1996, 35, 1712.
74. Marino, S. F.; Regan, L. Chem., & Biol. 1999, 6, 649.
75. Karlin, S.; Zhu, Z.-Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 14231.
76. Karlin, S.; Zhu, Z.-Y.; Karlin, K. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 14225.
77. Karlin, K. D.; Zhu, Z.-Y.; Karlin, S. J. Biol. Inorg. Chem. 1998, 3, 172.
78. Bernstein, F. C.; Koetzle, T. F.; Williams, G. J. B.; Meyer, E. F.; Brice, M. D.; Rodgers, J. R.; Kennard, O.; Shimanouchi, T.; Tasumi, M. J. Mol. Biol. 1977, 122, 535.
79. Sali, A.; Blundell, T. L. J. Mol. Biol. 1993, 234, 779.
80. Harding, M. M. Acta Crystallogr. 1999, D55, 1432.
81. McDonald, I.; Thornton, J. M. J. Mol. Biol. 1994, 238, 777.
82. Vriend, G. J. Mol. Graph. 1990, 8, 52.
83. Cotton, F. A.; Wilkinson, G. Advanced Inorganic Chemistry; John Wiley & Sons: New York, 1980.
84. Marcus, Y. Chem. Rev. 1988, 88, 1475
85. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
86. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. 1988, B37, 785.
87. 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, M. C.; Strain, K. N.; 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.5.; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, 1998.
88. Wong, M. W. Chem. Phys. Lett. 1996, 256, 391.
89. McQuarrie, D. A. Statistical Mechanics; Harper and Row: New York, 1976.
90. Gilson, M. K.; Honig, B. Biopolymers 1986, 25, 2097.
91. Lim, C.; Bashford, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5610.
92. Reed, A. E.; Curtiss, L. A.; Weinhold, F. Chem. Rev. 1988, 88, 899.
93. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
94. Burgess, M. A. Metal ions in solution; Ellis Horwood: Chichester, England, 1978.
95. Harvey, S. C.; Hoekstra, P. J. Phys. Chem. 1972, 76, 2987.
96. Daune, M. Molecular Biophysics; Oxford University Press: Oxford, 1999.