Proton transfer and associated molecular rearrangements in the photocycle of photoactive yellow protein: Role of water molecular migration on the proton transfer reaction

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 111, Issue 11, 2007, Pages 2948-2956

  Kamiya, Motoshi ^a   Saito, Shinji ^b   Ohmine, Iwao ^a  

^a NAGOYA UNIVERSITY   (Japan)

^b INSTITUTE FOR MOLECULAR SCIENCE   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COMPUTER SIMULATION; HYDROGEN BONDS; MOLECULAR DYNAMICS; PHOTOISOMERIZATION; PROTEINS; QUANTUM THEORY;

MOLECULAR MIGRATION; PHOTOCYCLES; PROTON TRANSFER REACTION;

MOLECULAR STRUCTURE;

EID: 34047221884     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp066256u     Document Type: Article

References (63)

1. Meyer, T. E. Biochim. Biophys. Acta 1985, 806, 175.
2. Imhoff, J. F.; Süling, J. Arch. Microbiol. 1996, 165, 106.
3. Sprenger, W. W.; Hoff, W. D.; Armitage, J. P.; Hellingwerf, K. J. J. Bacteriol. 1993, 175, 3096.
4. Pellequer, J. L.; Wager-Smith, K. A., Getzoff, E. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 5884.
5. Ponting, C. P.; Aravind, L. Curr. Biol. 1997, 7, 674.
6. Hoff, W. D.; Düx, P.; Hård, P.; Devreese, B.; Mugteren-Roodzant, I. M.; Crielaard, W.; Boelens, R.; Kaptein, R.; van Beeumen, J.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1994, 33, 13959.
7. Brudler, R.; Rammeisberg, R.; Woo, T. T.; Getzoff, E. D.; Gerwert, K. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 265.
8. Unno, M.; Kumauchi, M.; Sasaki, J.; Tokunaga, F.; Yamauchi, S. Biochemistry 2002, 41, 5668.
9. Hendriks, J.; Hoff, W. D.; Crielaard, W.; Hellingwerf, K. J. J. Biol. Chem. 1999, 274, 17655.
10. Xie, A.; Kelemen, L.; Hendriks, J.; White, B. J.; Hellingwerf, K. J.; Hoff, W. D. Biochemistry 2001, 40, 1510.
11. Pan, D.; Philip, A.; Hoff, W. D.; Mathies, R. A. Biophys. J. 2004, 86, 2374.
12. van der Horst, M. A.; van Stokkum, I. H.; Crielaard, W.; Hellingwerf, K. J. FEBS Lett. 2001, 497, 26.
13. Imamoto, Y.; Kamikubo, H.; Harigai, M.; Shimizu, N.; Kataoka, M. Biochemistry 2002, 41, 13595.
14. Takeshita, K.; Imamoto, Y.; Kataoka, M.; Mihara, K.; Tokunaga, F.; Terazima, M. Biophys. J. 2002, 83, 1567.
15. Chen, E.; Gensch, T.; Gross, A. B.; Hendriks, J.; Hellingwerf, K. J.; Kilger, D. S. Biochemistry 2003, 42, 2062.
16. Unno, M.; Kumauchi, M.; Hamada, N.; Tokunaga, F.; Yamauchi, S. J. Biol. Chem. 2004, 279, 23855.
17. Warshel, A.; Levitt, M. J. Mol. Biol. 1976, 103, 227.
18. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1990, 11, 700.
19. Gao, J. Acc. Chem. Res. 1996, 29, 298.
20. Hayashi, S.; Ohmine, I. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10678.
21. Yagasaki, T.; Saito, S.; Ohmine, I. J. Chem. Phys. 2005, 122, 144504.
22. van der Horst, M. A.; van Stokkum, I. H. M.; Dencher, N. A.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 2005, 44, 9160.
23. Genick, U. K.; Borgstahl, G. E. O.; Ng, K.; Ren, Z.; Pradervand, C.; Burke, P. M.; Srajer, V.; Teng, T.-Y.; Schildkamp, W.; McRee, D. E.; Moffat, K.; Getzoff, E. D. Science 1997, 275, 1471.
24. Baca, M.; Borgstahl, G. E. O.; Boissinot, M.; Burke, P. M.; Williams, D. R.; Slater, K. A.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1994, 33, 14369.
25. Genick, U. K.; Soltis, S. M.; Kuhn, P.; Canestrelli, I. L.; Getzoff, E. D. Nature 1998, 392, 206.
26. Imamoto, Y.; Kataoka, M.; Tokunaga, F. Biochemistry 1996, 35, 14047.
27. Thompson, M. J.; Bashford, D.; Noodleman, L.; Getzoff, E. D. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8186.
28. Kort, R.; Hellingwerf, K. J.; Ravelli, B. G. J. Biol. Chem. 2004, 279, 26417.
29. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
30. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179.
31. Wang, J.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 27, 1049.
32. Bayly, C. I.; Cieplak, P.; Cornell, W.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10269.
33. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9620.
34. Cieplak, P.; Cornell, W. D.; Bayly, C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1993, 16, 1357.
35. 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, K. N.; Strain, M. C.; 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.; Rega, N.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Baboul, A. G.; 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.; 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. Gaussian98, revision A.11.4; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2002.
36. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
37. Martyna, G. J.; Tuckerman, M. E.; Tobias, D. J.; Klein, M. L. Mol. Phys. 1996, 87, 1117.
38. Andersen, H. C. J. Comput. Phys. 1983, 52, 24.
39. Ding, H.-Q.; Karasawa, N.; Goddard, W. A., III. J. Chem. Phys. 1992, 97, 4309.
40. Bishop, T. C.; Skeel, R. D.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1785.
41. Sham, Y. Y.; Warshel, A. J. Chem. Phys. 1998, 109, 7940.
42. Frenkel, D.; Smit, B. Understanding Molecular Simulation, 2nd ed.; Academic Press: New York, 2002.
43. Kumar, S.; Rosenberg, J. M.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011.
44. Kumar, S.; Rosenberg, J. M.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1995, 16, 1339.
45. Coutsias, E. A.; Seok, C.; Dill, K. A. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1849.
46. Kraulis, P. J. J. Appl. Crystallogr. 1991, 24, 946.
47. Merrit, E. A.; Bacon, D. J. Methods Enzymol. 1997, 277, 505.
48. Groenhof, G.; Lensink, M. F.; Berendsen, H. J. C.; Mark, A. E. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2002, 48, 212.
49. Groenhof, G.; Bouxin-Cademartory, M.; Hess, B.; de Visser, S. P.; Berendsen, H. J. C.; Olivucci, M.; Mark, A. E.; Robb, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4228.
50. Tu, Y.; Laaksonen, A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 11264.
51. Warshel, A.; Weiss, R. M. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 6218.
52. Kato, M.; Pisliakov, A. V.; Warshel, A. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2006, 64, 829.
53. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 9361.
54. Braun-Sand, S.; Strajbl, M.; Warshel, A. Biophys. J. 2004, 87, 2221.
55. Olsson, M. H. M.; Sharma, P. K.; Warshel, A. FEBS Lett. 2005, 579, 2026.
56. Olsson, M. H. M.; Warshel, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 6500.
57. Braun-Sand, S.; Burykin, A.; Chu, Z. T.; Warshel, A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 583.
58. Štrajbl, M.; Hong, G.; Warshel, A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 13333.
59. Ren, Z.; Perman, B.; Srajer, V.; Teng, T.-Y.; Pradervand, C.; Bourgeois, D.; Schotte, F.; Ursby, T.; Kort, R.; Wulff, M.; Moffat, K. Biochemistry 2001, 40, 13788.
60. Shiozawa, M.; Yoda, M.; Kamiya, N.; Asakawa, N.; Higo, J.; Inoue, Y.; Sakurai, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7445.
61. Fichthorn, K. A.; Weinberg, W. H. J. Chem. Phys. 1991, 95, 1090.
62. Voter, A. F. J. Chem. Phys. 1997, 106, 4665.
63. Voter, A. F.; Montalenti, F.; Germann, T. C. Annu. Rev. Mater. Res. 2002, 32, 321.