Proton tunneling in aromatic amine dehydrogenase is driven by a short-range sub-picosecond promoting vibration: Consistency of simulation and theory with experiment

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 111, Issue 10, 2007, Pages 2631-2638

  Johannissen, Linus O ^a,b   Hay, Sam ^a   Scrutton, Nigel S ^a   Sutcliffe, Michael J ^a,b  

^a UNIVERSITY OF MANCHESTER   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF MANCHESTER   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COMPUTER SIMULATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DEUTERIUM; MOLECULAR DYNAMICS; PROTONS;

HYDROGEN TRANSFER; HYDROGEN TUNNELING MODEL; OXIDATIVE DEAMINATION; PROTON TUNNELING;

ENZYME KINETICS;

EID: 34047264783     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp066276w     Document Type: Article

References (60)

1. Ball, P. Nature 2004, 431, 396.
2. Hwang, J. K.; Chu, Z. T.; Yadav, A.; Warshel, A. J. Phys. Chem. 1991, 95, 8445.
3. Hwang, J. K.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11745.
4. Olsson, M. H.; Siegbahn, P. E.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2820.
5. Doll, K. M.; Bender, B. R.; Finke, R. G. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 10877.
6. Doll, K. M.; Finke, R. G. Inorg. Chem. 2003, 42, 4849.
7. Siebrand, W.; Smedarchina, Z. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4185.
8. Kohen, A.; Klinman, J. P. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 397.
9. Villa, J.; Warshel, A. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7887.
10. Benkovic, S. J.; Hammes-Schiffer, S. Science 2003, 301, 1196.
11. Hammes-Schiffer, S.; Benkovic, S. J. Annu. Rev. Biochem. 2006, 75, 519.
12. Benkovic, S. J.; Hammes-Schiffer, S. Science 2006, 312, 208.
13. Masgrau, L.; Roujeinikova, A.; Johannissen, L. O.; Hothi, P.; Basran, J.; Ranaghan, K. E.; Mulholland, A. J.; Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S.; Leys, D. Science 2006, 312, 237.
14. Knapp, M. J.; Klinman, J. P. Eur. J. Biochem. 2002, 269, 3113.
15. Basran, J.; Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S. Biochemistry 1999, 38, 3218.
16. Basran, J.; Patel, S.; Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S. J. Biol. Chem. 2001, 276, 6234.
17. Harris, R. J.; Meskys, R.; Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S. Biochemistry 2000, 39, 1189.
18. Basran, J.; Harris, R. J.; Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S. J. Biol. Chem. 2003, 278, 43973.
19. Kohen, A.; Cannio, R.; Bartolucci, S.; Klinman, J. P. Nature 1999, 399, 496.
20. Knapp, M. J.; Rickert, K.; Klinman, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3865.
21. Francisco, W. A.; Knapp, M. J.; Blackburn, N. J.; Klinman, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8194.
22. Agrawal, N.; Hong, B.; Mihai, C.; Kohen, A. Biochemistry 2004, 43, 1998.
23. Sikorski, R. S.; Wang, L.; Markham, K. A.; Rajagopalan, P. T. R.; Benkovic, S. J.; Kohen, A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4778.
24. Maglia, G.; Allemann, R. K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13372.
25. Swanwick, R. S.; Maglia, G.; Tey, L. H.; Allemann, R. K. Biochem. J. 2006, 394, 259.
26. Bell, R. P. The application of tunnel corrections in chemical kinetics. The Tunnel Effect in Chemistry; Chapman and Hall: London, 1980; p 51.
27. Kuznetsov, A. M.; Ulstrup, J. Can. J. Chem. 1999, 77, 1085.
28. Truhlar, D. G.; Gao, J. L.; Garcia-Viloca, M.; Alhambra, C.; Corchado, J.; Sanchez, M. L.; Poulsen, T. D. Int. J. Quantum Chem. 2004, 100, 1136.
29. Alhambra, C.; Corchado, J.; Sanchez, M.; Gao, J.; Truhlar, D. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8197.
30. Faulder, P. F.; Tresadern, G.; Chohan, K. K.; Scrutton, N. S.; Sutcliffe, M. J.; Hillier, I. H.; Burton, N. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8604.
31. Alhambra, C.; Sanchez, M. L.; Corchado, J.; Gao, J. L.; Truhlar, D. G. Chem. Phys. Lett. 2001, 347, 512.
32. Alhambra, C.; Sanchez, M. L.; Corchado, J.; Gao, J.; Truhlar, D. G. Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 388.
33. Tresadern, G.; Wang, H.; Faulder, P. F.; Burton, N. A.; Hillier, I. H. Mol. Phys. 2003, 101, 2775-2784.
34. Nunez, S.; Tresadern, G.; Hillier, I. H.; Burton, N. A. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2006, 361, 1387.
35. Agarwal, P. K.; Billeter, S. R.; Rajagopalan, P. T.; Benkovic, S. J.; Hammes-Schiffer, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 2794.
36. Pu, J. Z.; Ma, S. H.; Gao, J. L.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8551.
37. Pang, J.; Pu, J.; Gao, J.; Truhlar, D. G.; Allemann, R. K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8015.
38. Garcia-Viloca, M.; Gao, J.; Karplus, M.; Truhlar, D. G. Science 2004, 303, 186.
39. Hammes-Schiffer, S. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 192.
40. Masgrau, L.; Basran, J.; Hothi, P.; Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 428, 41.
41. Tresadern, G.; Nunez, S.; Faulder, P. F.; Wang, H.; Hillier, I. H.; Burton, N. A. Faraday Discuss. 2003, 122, 223.
42. Radkiewicz, J. L.; Brooks, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 225.
43. Caratzoulas, S.; Mincer, J. S.; Schwartz, S. D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3270.
44. Sessions, R. B.; Dauber-Osguthorpe, P.; Osguthorpe, D. J. J. Mol. Biol. 1989, 210, 617.
45. Mincer, J. S.; Schwartz, S. D. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 366.
46. Caratzoulas, S.; Schwartz, S. D. J. Chem. Phys. 2001, 114, 2910.
47. Benderskii, V. A.; Makarov, D. E.; Wight, C. A. Chemical Dynamics at Low Temperatures; Advances in Chemical Physics, Vol. 88; Wiley: New York, 1994.
48. Antoniou, D.; Schwartz, S. D. J. Chem. Phys. 1998, 108, 3620.
49. Antoniou, D.: Schwartz, S. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 5553.
50. Hatcher, E.; Soudackov, A. V.; Hammes-Schiffer, S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5763.
51. Agarwal, P. K.; Billeter, S. R.; Hammes-Schiffer, S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3283.
52. Wong, K. F.; Watney, J. B.; Hammes-Schiffer, S. J. Phys. Chem. B2004, 108, 12231.
53. Siegbahn, P. E. Q. Rev. Biophys. 2003, 36, 91.
54. ‡/R. Here, A′ is analogous to the Arrhenius prefactor, A.
55. Meyer, M. P.; Klinman, J. P. Chem. Phys. 2005, 379, 283.
56. Sutcliffe, M. J.; Scrutton, N. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 4510.
57. Bahnson, B. J.; Park, D. H.; Kim, K.; Plapp, B. V.; Klinman, J. P. Biochemistry 1993, 32, 5503.
58. Bahnson, B. J.; Colby, T. D.; Chin, J. K.; Goldstein, B. M.; Klinman, J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 12797.
59. Chin, J. K.; Klinman, J. P. Biochemistry 2000, 39, 1278.
60. Mincer, J. S.; Schwartz, S. D. J. Proteome Res. 2003, 2, 437.