The influence of aqueous versus glassy solvents on protein dynamics: Vibrational echo experiments and molecular dynamics simulations

Journal of the American Chemical Society

Volumn 127, Issue 41, 2005, Pages 14279-14289

  Massari, Aaron M ^a   Finkelstein, Ilya J ^a   McClain, Brian L ^a   Goj, Anne ^c   Wen, Xin ^b   Bren, Kara L ^b   Loring, Roger F ^c   Fayer, Michael D ^a  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF ROCHESTER   (United States)

^c Department of Obstetrics Gynecology   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON MONOXIDE; COMPUTER SIMULATION; DATA ACQUISITION; DIFFUSION; MATHEMATICAL MODELS; VIBRATION MEASUREMENT;

BIOPROTECTION; CARBONMONOXY-GEMOGLOBIN (HBCO); FREQUENCY FLUCTUATIONS; VIBRATIONAL DEPHASING;

PROTEINS;

CARBOXYHEMOGLOBIN; CYTOCHROME C; HEME DERIVATIVE; MYOGLOBIN; SOLVENT; TREHALOSE;

AQUEOUS SOLUTION; ARTICLE; HYDRATION; INFRARED RADIATION; MOLECULAR DYNAMICS; PROTEIN ANALYSIS; PROTEIN PROTEIN INTERACTION; QUALITATIVE ANALYSIS; SIMULATION; STRUCTURE ANALYSIS;

COMPUTER SIMULATION; GLASS; MODELS, CHEMICAL; PROTEINS; SOLVENTS; SPECTROSCOPY, FOURIER TRANSFORM INFRARED; TREHALOSE; VIBRATION; WATER;

EID: 26844437371     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja053627w     Document Type: Article

References (72)

1. Crowe, J. H.; Crowe, L. M. Science 1984, 223, 701-703.
2. Carpenter, J. F.; Crowe, J. H. Biochemistry 1989, 28, 3916-3922.
3. Ballone, P.; Marchi, M.; Branca, C.; Magazu, S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6313-6317.
4. Belton, P. S.; Gil, A. M. Biopolymers 1994, 34, 957-961.
5. Cottone, G.; Ciccotti, G.; Cordone, L. J. Chem. Phys. 2002, 117, 9862-9866.
6. Walser, R.; Gunsteren, W. F. Proteins: Struct., Fund., Genet. 2001, 42, 414-421.
7. Caliskan, G.; Mechtani, D.; Roh, J. H.; Kisliuk, A.; Sokolov, A. P.; Azzam. S.; Cicerone, M. T.; Lin-Gibson, S.; Peral, I. J. Chem. Phys. 2004, 121, 1978-1983.
8. Sola-Penna, M.; Meyer-Fernandez, J. R. Arch. Biochem. Biophys. 1998, 360, 10-14.
9. Chen, T.; Fowler, A.; Toner, M. Cryobiology 2000, 40, 277-282.
10. Cottone, G.; Giuffrida, S.; Ciccotti, G.; Cordone, L. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2005, 59, 291-302.
11. Rector, K. D.; Jiang, J.; Berg, M.; Payer, M. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1081-1092.
12. Hagen, S. J.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. Science 1995, 269, 959-962.
13. Gottfried, D. S.; Peterson, E. S.; Sheikh, A. G.; Wang, J.; Yang, M.; Friedman, J. M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12034.
14. Cordone, L.; Galajda, P.; Vitrano, E.; Gassman, A.; Ostermann, A.; Parak, F. Eur. Biophys. J. 1998, 27, 173-176.
15. Cottone, G.; Cordone, L.; Ciccotti, G. Biophys. J. 2001, 80, 931-938.
16. Librizzi, F.; Viappiani, C.; Abbruzzetti, S.; Cordone, L. J. Chem. Phys. 2002, 116, 1193-1200.
17. Vitkup, D.; Ringe, D.; Petsko, G. A.; Karplus, M. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 34-38.
18. Tarek, M.; Tobias, D. J. Phys. Rev. Lett 2002, 88, Art. No. 138101.
19. Lim, M.; Hamm, P.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 15315-15320.
20. Hamm, P.; Hochstrasser, R. M. In Ultrafast Infrared and Raman Spectroscopy: Fayer, M. D., Ed.; Marcel Dekker: New York, 2001: Vol. 26. pp 273-347.
21. Hamm, P.; Lim, M.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B. 1998, 102, 6123-6138.
22. 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, 13804-13818.
23. Fayer, M. D. Annu. Rev. Phys. Chem. 2001, 52, 315-356.
24. Williams, R. B.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4068-4071.
25. Rector, K. D.; Rella, C. W.; Kwok, A. S.; Hill, J. R.; Sligar, S. G.; Chien, E. Y. P.; Dlott, D. D.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1468-1475.
26. Rector, K. D.; Engholm, J. R.; Hill, J. R.; Myers, D. J.; Hu, R.; Boxer, S. G.; Dlott, D. D.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem, B 1998, 102, 331-333.
27. Rella, C. W.; Rector, K. D.; Kwok, A. S.; Hill, J. R.; Schwettman, H. A.; Dlott, D. D.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 15620.
28. Oldfield, E.; Guo, K.; Augspurger, J. D.; Dykstra, C. E. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7537-7541.
29. Augspurger, J. D.; Dykstra, C. E.; Oldfield, E. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2447-2451.
30. Park, E. S.; Andrews, S. S.; Hu, R. B.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9813-9817.
31. Rector, K. D.; Engholm, J. R.; Rella, C. W.; Hill, J. R.; Dlott, D. D.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2381-2387.
32. Varadarajan, R.; Lambright, D. G.; Boxer, S. G. Biochemistry 1989, 28, 3771-3781.
33. Zhong, L.; Wen, X.; Rabinowitz, T. M.; Russell, B. S.; Karan, E. F.; Bren, K. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 8637-8642.
34. Wen, X.; Bren, K. L. Manuscript in progress.
35. Karan, E. F.; Russell, B. S.; Bren, K. L. J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 260-272.
36. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press: New York, 1995.
37. Merchant, K. A.; Noid, W. G.; Thompson, D. E.; Akiyama, R.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4-7.
38. Ho, S. N.; Hunt, H. D.; Horton, R. M.; Pullen, J. K.; Pease, L. R. Gene 1989, 77, 51-59.
39. Sambrook, J.; Fritsch, E. F.; Maniatis, T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd ed.; Cold Spring Harbor Laboratory Press: New York, 1989.
40. Arslan, E.; Schulz, H.; Zufterey, R.; Künzler, P.; Thöny-Meyer, L. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1998, 251, 744-747.
41. Fee, J. A.; Chen, Y.; Todaro, T. R.; Bren, K. L.; Patel, K. M.; Hill, M. G.; Gomez-Moran, E.; Loehr, T. M.; Ai, J.; Thöny-Meyer, L.; Williams, P. A.; Stura, E.; Sridhar, V.; McRee, D. E. Protein Sci. 2000, 9, 207-2084.
42. Berry, E. A.; Trumpower, B. L. Anal. Biochem. 1987, 161, 1-15.
43. McClain, B. L.; Finkelstein, I. J.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2004, /26, 15702-15710.
44. Finkelstein, I. J.; Goj, A.; McClain, B. L.; Massari, A. M.; Merchant, K. A.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16959-16966.
45. Berg, M. A.; Rector, K. D.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2000, 113, 3233-3242.
46. Kubo, R. In Fluctuation, Relaxation and Resonance in Magnetic Systems; Ter Haar, D., Ed.; Oliver and Boyd: London, 1961.
47. Kubo, R. In Fluctuation, Relaxation, and Resonance in Magnetic Systems; Haar, D. T., Ed.; Oliver and Boyd: London, 1962.
48. Schmidt, J.; Sundlass, N.; Skinner, J. Chem. Phys. Lett. 2003, 378, 559-566.
49. Mayer, E. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 10571-10577.
50. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
51. Elber, R.; Roitberg, A.; Simmerling, C.; Goldstein, R.; Li, H.; Verkhivker, G.; Keasar, C.; Zhang, J.; Ulitsky, A. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 159-189.
52. Quillin, M. L.; Arduini, R. M.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1993, 234, 140-155.
53. Berman, H. M.; Westbrook, J.; Feng, Z.; Gilliland, G.; Bhat, T. N.; Weissig, H.; Shindyalov, I. N.; Bourne, P. E. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 235.
54. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092.
55. Hayashi, T.; Jansen, T. I. C.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 64-82.
56. Kwac, K.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2247-2255.
57. Moller, K.; Rey, R.; Hynes, J. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 1275-1289.
58. Schmidt, J.; Coreelli, S.; Skinner, J. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8887-8896.
59. Park, E. S.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5800-5806.
60. Potter, W. T.; Hazzard, J. H.; Kawanishi, S.; Caughey, W. S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1983, 116, 719.
61. 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, 58, 429-436.
62. Young, R. D.; Frauenfelder, H.; Johnson, J. B.; Lamb, D. C.; Nienhaus, G. U.; Philipp, R.; Scholl, R. Chem. Phys. 1991, 158, 315.
63. Eichler, H. J. Laser-Induced Dynamic Gratings; Springer-Verlag: Berlin, 1986.
64. Fourkas, J. T.; Fayer, M. D. Acc. Chem. Res. 1992, 25, 227-233.
65. Dlott, D. D.; Fayer, M. D.; Hill, J. R.; Rella, C. W.; Suslick, K. S.; Ziegler, C. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7853.
66. Owrutsky, J. C.; Li, M.; Locke, B.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 4842.
67. Fenimore, P. W.; Frauenfelder, H.; McMahon, B. H.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 14408-14413.
68. Angell, C. A.; Ngai, K. L.; McKenna, G. B.; McMillan, P. F.; Martin, S. W. J. Appl. Phys. 2000, 88, 3113-3157.
69. Green, J. L.; Fan, J.; Angell, C. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 13780-13790.
70. Ngai, K. L.; Paluch, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 857-873.
71. Fenimore, P. W.; Frauenfelder, H.; McMahon, B. H.; Parak, F. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 16047-16051.
72. Cottone, G.; Ciccotti, G.; Cordone, L. J. Chem. Phys. 2002, 117, 9862-9866.