Ultrafast dynamics of myoglobin without the distal histidine: Stimulated vibrational echo experiments and molecular dynamics simulations

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 109, Issue 35, 2005, Pages 16959-16966

  Finkelstein, Ilya J ^a   Goj, Anne ^b   McClain, Brian L ^a   Massari, Aaron M ^a   Merchant, Kusai A ^a,c   Loring, Roger F ^b   Fayer, M D ^a  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^b Department of Obstetrics Gynecology   (United States)

^c NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DISTAL HISTIDINE; ULTRAFAST DYNAMICS; VIBRATIONAL DEPHASING;

COMPUTER SIMULATION; INFRARED RADIATION; MOLECULAR DYNAMICS; ULTRASHORT PULSES;

PROTEINS;

HISTIDINE; MYOGLOBIN;

ARTICLE; CHEMISTRY; ELECTRICITY; STATIC ELECTRICITY;

ELECTROSTATICS; HISTIDINE; MYOGLOBIN; STATIC ELECTRICITY;

EID: 25444521271     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0517201     Document Type: Article

References (68)

1. Jackson, T. A.; Lim, M.; Anfinrud, P. A. Chem. Phys. 1994, 180, 131.
2. Lim, M.; Jackson, T. A.; Anfinrud, P. A. J. Am. Chem. Soc 2004, 126, 7946.
3. Hummer, G.; Schotte, F.; Anfinrud, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. 2004, 101, 15330.
4. Brunori, M.; Cutruzzola, F.; Savino, C.; Travaglini-Allocatelli, C.; Vallone, B.; Gibson, Q. Trends Biochem.Sci. 1999, 24, 253.
5. Merchant, K. A.; Noid, W. G.; Akiyama, R.; Finkelstein, I. J.; Goun, A.; McClain, B. L.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13804.
6. McClain, B. L.; Finkelstein, I. J.; Fayer, M. D. Chem. Phys. Lett. 2004, 392, 324.
7. McClain, B. L.; Finkelstein, I. J.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc 2004, 126, 15702.
8. Merchant, K. A.; Noid, W. G.; Thompson, D. E.; Akiyama, R.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4.
9. Merchant, K. A. Ultrafast Multidimensional Vibrational Spectroscopy: Theoretical and Experimental Studies on Proteins and Model Compounds, Stanford Univeristy, 2003.
10. Merchant, K. A.; Thompson, D. E.; Xu, Q.-H.; Williams, R. B.; Loring, R. P.; Fayar, M. D. Biophys. J. 2002, 82, 3277.
11. Williams, R. B.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4068.
12. Hamm, P.; Hochstrasser, R. M. Structure and Dynamics of Proteins and Peptides: Femtosecond Two-Dimensional Infrared Spectroscopy. In Ultrafast Infrared and Roman Spectroscopv, Fayer, M. D., Ed.; Marcel Dekker: New York, 2001; Vol. 26, p 273.
13. Lim, M.; Hamm, P.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad.Sci. 1998, 95, 15315.
14. Rector, K. D.; Relia, C. W.; Kwok, A. S.; Hill, J. R.; Sligar, S. G.; Chien, E. Y. P.; Dlott, D. D.; Fayar, M. D. J. Phys. Chem. B. 1997, 101, 1468.
15. Rector, K. D.; Engholm, J. R.; Rella, C. W.; Hill, J. R.; Dlott, D. D.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2381.
16. Rector, K. D.; Thompson, D. E.; Merchant, K.; Fayer, M. D. Chem. Phys. Lett. 2000, 316, 122.
17. Rector, K. D.; Jiang, J.; Berg, M.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1081.
18. Fayer, M. D. Annu. Rev. Phys. Chem. 2001, 52, 315.
19. Merchant, K. A.; Xu, Q.-H.; Thompson, D. E.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 8839.
20. Finkelstein, I. J.; McClain, B. L.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2004, 121, 877.
21. Henry, E. R.; Sommer, J. H.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. J. Mol. Biol. 1983, 166, 443.
22. Martin, J. L.; Vos, M. H. Methods Enzymol. 1994, 232, 416.
23. Morikis, D.; Champion, P. M.; Springer, B. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1989, 28, 4791.
24. Balasubramanian, S.; Lambright, D. G.; Simmons, J. H.; Gill, S. J.; Boxer, S. G. Biochemistry 1994, 33, 8355.
25. Ostermann, A.; Waschipsky, R.; Parak, F. G.; Nienhaus, G. U. Nature 2000, 2000, 205.
26. Makinen, M. W.; Houtchens, R. A.; Caughey, W. S. Proc. Natl. Acad.Sci. 1979, 76, 6042.
27. Caughey, W. S.; Shimada, H.; Choc, M. G.; Tucker, M. P. Proc. Natl. Acad.Sci. U.S.A. 1981, 78, 2903.
28. Li, T. S.; Quillin, M. L.; Phillips, G. N., Jr.; Olson, J. S. Biochemistry 1994, 33, 1433.
29. Anderton, C. L.; Hester, R. E.; Moore, J. N. Biochim. Biophys. Acta 1997, 1338, 107.
30. Jewsbury, P.; Kitagawa, T. Biophys. J. 1994, 67, 2236.
31. Quillin, M. L.; Arduini, R. M.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1993, 234, 140.
32. Lukin, J. A.; Simplaceanu, V.; Zou, M.; Ho, N. T.; Ho, C. Proc. Natl. Acad.Sci. 2000, 97, 10354.
33. Phillips, G. N., Jr.; Teodoro, M. L.; Li, T.; Smith, B.; Olson, J. S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8817.
34. Antonini, E.; Brunori, M. Hemoglobin and Myoglobin in Their Reactions with Ligands; North-Holland: Amsterdam, The Netherlands, 1971.
35. 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, A.; Sligar, S. G.; Springer, B. A.; Steinbach, P. J.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad.Sci. U.S.A. 1988, 55, 8497.
36. Rovira, C. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2003, 632, 309.
37. Zhu, L.; Sage, J. T.; Rigos, A. A.; Morikis, D.; Champion, P. M. J. Mol. Biol. 1992, 224, 207.
38. Tian, W. D.; Sage, J. T.; Champion, P. M. J. Mol. Biol. 1993, 233, 155.
39. Yang, F.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1996, 256, 762.
40. Lambright, D. G.; Balasubramanian, S.; Boxer, S. G. Biochemistry 1993, 32, 10116.
41. Straub, J. E.; Karplus, M. Chem. Phys. 1991, 155, 221.
42. Braunstein, D. P.; Chu, K.; Egeberg, K. D.; Frauenfelder, H.; Mourant, J. R.; Nienhaus, G. U.; Ormos, P.; Sligar, S. G.; Springer, B. A.; Young, R. D. Biophys. J. 1993, 65, 2447.
43. Fourkas, J. T.; Fayar, M. D. Acc. Chem. Res. 1992, 25, 227.
44. Eichler, H. J. Laser-Induced Dynamic Gratings; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 1986.
45. Hill, J. R.; Dlott, D. D.; Relia, C. W.; Peterson, K. A.; Decatur, S. M.; Boxer, S. G.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12100.
46. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
47. Elber, R.; Roitberg, A.; Simmerling, C.; Goldstein, R.; Li, H.; Verkhivker, G.; Keasar, C.; Zhang, J.; Ulitsky, A. Comput. Phys. Commun. 1994, 97, 159.
48. Weiner, S. J.; Kollman, P. A.; Case, D. A.; Singh, U. C.; Ghio, C.; Alagona, G.; Profeta, S.; Weiner, P. J. Am. Chem. Soc. 1984, 06, 765.
49. Jorgensen, W. L.; Tirado-Rives, J. J Am. Chem. Soc. 1984, 106, 765.
50. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
51. Berman, H. M.; Westbrook, J.; Feng, Z.; Gilliland, G.; Bhat, T. N.; Weissig, N.; Shindyalov, I. N.; Bourne, P. E. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 235.
52. Williams, R. B.; Loring, R. F. J Chem. Phys. 2000, 113.
53. Park, E. S.; Andrews, S. S.; Hu, R. B.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9813.
54. Park, E. S.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5800.
55. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
56. Johnson, J. B.; Lamb, D. C.; Frauenfelder, H.; Müller, J. D.; McMahon, B.; Nienhaus, G. U.; Young, R. D. Biophys. J. 1996, 71, 1563.
57. Hong, M. K.; Braunstein, D.; Cowen, B. R.; Frauenfelder, H.; Iben, I. E. T.; Mourant, J. R.; Ormos, P.; Scholl, R.; Schulte, A.; Steinbach, P. J.; Xie, A.; Young, R. D. Biophys. J. 1990, 55, 429.
58. Potter, W. T.; Hazzard, J. H.; Kawanishi, S.; Caughey, W. S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1983, 116, 719.
59. Young, R. D.; Frauenfelder, H.; Johnson, J. B.; Lamb, D. C.; Nienhaus, G. U.; Philipp, R.; Scholl, R. Chem. Phys. 1991, 158, 315.
60. Kubo, R. A Stochastic Theory of Line-Shape and Relaxation. In Fluctuation, Relaxation and Resonance in Magnetic Systems; Ter Haar, D., Ed.; Oliver and Boyd: London, UK, 1961.
61. Joo, T.; Albrecht, A. W. J. Chem. Phys. 1993, 99, 3244.
62. Massari, A. M.; Finkelstein, I. J.; McClain, B. L.: Goj, A.; Wen, X.; Bren, K. L.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. In preparation.
63. Tan, H.-S.; Piletic, I. R.; Riter, R. E.; Levinger, N. E.: Fayer, M. D. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 057405 (4).
64. Cho, M. H.; Yu, J. Y.; Joo, T. H.; Nagasawa, Y.; Passino, S. A.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1996, 100, 11944.
65. Passino, S. A.; Nagasawa, Y.; Joo, T.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 725.
66. Ray, G. B.; Li, X.-Y.; Ibers, J. A.; Sessler, J. L.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 162.
67. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. Internal. Forces 1981, 331.
68. Antonini, E.; Brunori, M. Hemoglobin and myoglobin in their reactions with ligands; North-Holland Publishing Co.: Amsterdam, The Netherlands, 1971.