Photoswitching of the fluorescent protein asFP595: Mechanism, proton pathways, and absorption spectra

Angewandte Chemie - International Edition

Volumn 46, Issue 4, 2007, Pages 530-536

  Schäfer, Lars V ^a   Groenhof, Gerrit ^a   Klingen, Astrid R ^b   Ullmann, G Matthias ^b   Boggio Pasqua, Martial ^c   Robb, Michael A ^c   Grubmüller, Helmut ^a  

^a MAX PLANCK INSTITUTE FOR BIOPHYSICAL CHEMISTRY   (Germany)

^b UNIVERSITY OF BAYREUTH   (Germany)

^c IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

Author keywords

Absorption spectroscopy; Isomerization; Molecular dynamics; Proteins; Proton transport

Indexed keywords

ABSORPTION SPECTRA; PHOTOSWITCHING; PROTON TRANSPORT;

ABSORPTION SPECTROSCOPY; CHARGE TRANSFER; CHROMOPHORES; FLUORESCENCE; ISOMERIZATION; MOLECULAR DYNAMICS; OPTICAL SWITCHES; PHOTOMECHANICS; SPECTROSCOPIC ANALYSIS;

PROTEINS;

FP595 PROTEIN, ANEMONIA SULCATA; PHOTOPROTEIN; PROTON; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; CHEMISTRY; FLUORESCENCE; METABOLISM; PROTEIN CONFORMATION; QUANTUM THEORY; SPECTROSCOPY;

FLUORESCENCE; LUMINESCENT PROTEINS; PROTEIN CONFORMATION; PROTONS; QUANTUM THEORY; SPECTRUM ANALYSIS;

EID: 33846477982     PISSN: 14337851     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/anie.200602315     Document Type: Article

References (53)

1. J. Lippincott-Schwartz, N. Altan-Bonnet, G. H. Patterson, Nat. Cell Biol. 2003, Suppl. S, 7.
2. A. Miyawaki, A. Sawano, T. Kogure, Nat. Cell Biol. 2003, Suppl. S, 1.
3. R. Y. Tsien, Annu. Rev. Biochem. 1998, 67, 509.
4. R. Ando, H. Mizuno, A. Miyawaki, Science 2004, 306, 1370.
5. D. M. Chudakov, V. V. Belousov, A. G. Zarisky, V. V. Novoselov, D. B. Staroverov, D. B. Zorov, S. Lukyanov, K. A. Lukyanov, Nat. Biotechnol. 2003, 21, 191.
6. K. A. Lukyanov, A. F. Fradkov, N. G. Gurskaya, M. V. Matz, Y. A. Labas, A. P. Savitsky, M. L. Markelov, A. G. Zaraisky, X. N. Zhao, Y. Fang, W. Y. Tan, S. A. Lukyanov, J. Biol. Chem. 2000, 275, 25 879.
7. Organic Photochromic and Thermochromic Compounds: Main Photochromic Families, Vol. 1 (Eds.: J. C. Crano, R. J. Guglielmetti), Plenum, New York, 1999.
8. S. W. Hell, S. Jakobs, L. Kastrup, Appl. Phys. A 2003, 77, 859.
9. S. W. Hell, Nat. Biotechnol. 2003, 21, 1347.
10. S. W. Hell, M. Dyba, S. Jakobs, Curr. Opin. Neurobiol. 2004, 14, 599.
11. M. Andresen, M. C Wahl, A. C. Stiel, F. Gräter, L. V. Schäfer, S. Trowitzsch, G. Weber, C. Eggeling, H. Grubmüller, S. W. Hell, S. Jakobs, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 13 070.
12. D. M. Chudakov, A. V. Feofanov, N. N. Mudrik, S. Lukyanov, K. A. Lukyanov, J. Biol. Chem. 2003, 278, 7215.
13. M. Hofmann, C. Eggeling, S. Jakobs, S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 17 565.
14. P. G. Wilmann, J. Petersen, R. J. Devenish, M. Prescott, J. Rossjohn, J. Biol. Chem. 2005, 280, 2401.
15. M. L. Quillin, D. A. Anstrom, X. K. Shu, S. O'Leary, K. Kallio, D. A. Chudakov, S. J. Remington, Biochemistry 2005, 44, 5774.
16. V. Helms, Curr. Opin. Struct. Biol. 2002, 12, 169.
17. D. Stoner-Ma, A. A. Jaye, P. Matousek, M. Towrie, S. R. Meech, P. J. Tonge, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2864.
18. N. Agmon, Biophys. J. 2005, 88, 2452.
19. P. Leiderman, D. Huppert, N. Agmon, Biophys. J. 2006, 90, 1009.
20. O. Vendrell, R. Gelabert, M. Moreno, J. M. Lluch, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3564.
21. A. D. Bacon, M. C. Zerner, Theor. Chim. Acta 1979, 53, 21.
22. L. K. Hanson, J. Fajer, M. A. Thompson, M. C. Zerner, J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 4728.
23. L. N. Oliveira, E. K. U. Gross, W. Kohn, Int. J. Quant. Chem. 1990, Suppl. 24, 707.
24. E. Runge, E. K. U. Gross, Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997.
25. Recent Advances in Density Functional Methods (Eds.: M. E. Casida, D. P. Chong), World Scientific Publishing, Singapore, 1995.
26. M. Petersilka, U. J. Gossmann, E. K. U. Gross, Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 1212.
27. C. Jamorski, M. E. Casida, D. R. Salahub, J. Chem. Phys. 1996, 104, 5134.
28. G. Groenhof, M. F. Lensink, H. J. C. Berendsen, J. G. Snijders, A. E. Mark, Proteins Struct. Funct. Genet. 2002, 48, 202.
29. M. A. L. Marques, X. Lopez, D. Varsano, A. Castro, A. Rubio, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 2 581 011.
30. J. A. Gascon, V. S. Batista, Biophys. J. 2004, 87, 2931.
31. X. Lopez, M. A. L. Marques, A. Castro, A. Rubio, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12 329.
32. N. Sanna, G. Chillemi, A. Grandi, S. Castelli, A. Desideri, V. Barone, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15 429.
33. B. Grigorenko, A. Savitsky, I. Topol, S. Burt, A. Nemukhin, Chem. Phys. Lett. 2006, 424, 184.
34. A. Warshel, M. Levitt, J. Mol. Biol. 1976, 103, 227.
35. T. A. Schüttrigkeit, T. von Feilitzsch, C. K. Kompa, K. A. Lukyanov, A. P. Savitsky, A. A. Voityuk, M. E. Michel-Beyerle, Chem. Phys. 2006, 323, 149.
36. I. V. Yampolsky, S. J. Remington, V. I. Martynov, V. K. Potapov, S. Lukyanov, K. A. Lukyanov, Biochemistry 2005, 44, 5788.
37. A. Warshel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1984, 81, 444.
38. S. Habuchi, R. Ando, P. Dedecker, W. Verheijen, H. Mizuno, A. Miyakawa, J. Hofkens, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 9511.
39. S. Habuchi, M. Cotlet, T. Gensch, T. Bednarz, S. Haber-Pohlmeier, J. Rozenski, G. Dirix, J. Michiels, J. Vanderleyden, J. Heberle, F. C. DeSchryver, J. Hofkens, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8977.
40. G. U. Nienhaus, K. Nienhaus, A. Holzle, S. Ivanchenko, F. Renzi, F. Oswald, M. Wolff, F. Schmitt, C. Rocker, B. Vallone, W. Weidemann, R. Heilker, H. Nar, J. Wiedenmann, Photochem. Photobiol. 2006, 82, 351.
41. B. Bieger, L.-O. Essen, D. Oesterhelt, Structure 2003, 11, 375.
42. N. M. Derix, R. W. Wechselberger, M. A. van der Horst, K. J. Hellingwerf, R. Boelens, R. Kaptein, N. A. J. van Nuland, Biochemistry 2003, 42, 14 501.
43. G. Groenhof, M. Bouxin-Cademartory, B. Hess, S. P. de Visser, H. J. C. Berendsen, M. Olivucci, A. E. Mark, M. A. Robb, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4228.
44. S. H. Vosko, L. Wilk, M. Nusair, Can. J. Phys. 1980, 58, 1200.
45. A. D. Becke, Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
46. J. P. Perdew, Phys. Rev. B 1986, 33, 8822.
47. A. F. Bell, X. He, R. M. Wachter, P. J. Tonge, Biochemistry 2000, 39, 4423.
48. D. van der Spoel, B. Hess, E. Lindahl, G. Groenhof, A. E. Mark, H. J. C. Berendsen, J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701.
49. W. L. Jorgensen, J. Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1657.
50. Gaussian 03, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuceria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, J. A. Pople, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 2003.
51. G. M. Ullmann, E.-W. Knapp, Eur. Biophys. J. 1999, 28, 533.
52. D. Bashford, M. Karplus, Biochemistry 1990, 29, 10 219.
53. QMCT: a Monte Carlo titration program, G. M. Ullmann, Universität Bayrouth, 2005.