Excited states of GFP chromophore and active site studied by the SAC-CI method: Effect of protein-environment and mutations

Journal of Computational Chemistry

Volumn 28, Issue 15, 2007, Pages 2443-2452

  Hasegawa, Jun Y A ^a,b   Fujimoto, Kazuhiro ^a   Swerts, Ben ^a   Miyahara, Tomoo ^a,b   Nakatsuji, Hiroshi ^a,b  

^a KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^b Quantum Chemistry Research Institute Kyoto   (Japan)

Author keywords

BFP; CFP; Fluorescent proteins; GFP; SAC CI; Y66F

Indexed keywords

BINDING SITES; EXCITATION ENERGY; EXCITED STATES; FLUORESCENCE; PHOTOCHEMICAL REACTIONS; PROTEINS;

FLUORESCENT PROTEINS; GLUTAMINE; RED SHIFT CONTRIBUTION;

CHROMOPHORES;

GREEN FLUORESCENT PROTEIN; MUTANT PROTEIN;

ALGORITHM; ARTICLE; BINDING SITE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; CONFORMATION; GENETICS; METABOLISM; MUTATION; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

ALGORITHMS; BINDING SITES; COMPUTER SIMULATION; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; GREEN FLUORESCENT PROTEINS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR CONFORMATION; MUTANT PROTEINS; MUTATION;

EID: 35348932759     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20667     Document Type: Article

References (46)

1. Shimomura, O.; Johnson, F. H.; Saiga, Y. J Cell Comp Physiol 1962, 59, 223.
2. Morin, J. G.; Hastings, J. W. J Cell Physiol 1971, 77, 313.
3. Morise, H.; Shimomura, O.; Johnson, F. H.; Winant, J. J Biochem 1974, 13, 2656.
4. Ward, W. W. Photochem Photobiol Rev 1979, 4, 1.
5. Inouye, S.; Tsuji, F. I. FEBS Lett 1994, 341, 277.
6. Zimmer, M. Chem Rev 2002, 102, 759.
7. Tsien, R. Y. Annu Rev Biochem 1998, 67, 509.
8. Heim, R.; Prasher, D. C.; Tsien, R. Y. Proc Natl Acad Sci USA 1994, 91, 12501.
9. Cubitt, A. B.; Heim, R.; Adams, S. R.; Boyd, A. E.; Gross, L. A.; Tsien, R. Y. Trends Biochem Sci 1995, 20, 448.
10. Wachter, R. M.; King, B. A.; Heim, R.; Kallio, K.; Tsien, R. Y.; Boxer, S. G.; Remington, S. J. Biochemistry 1997, 36, 9759.
11. Miyawaki, A.; Tsien, R. Y. Methods Enzymol 2000, 327, 472.
12. Sato, M.; Hida, N.; Ozawa, T.; Umezawa, Y. Anal Chem 2000, 72, 5918.
13. Matz, M. V.; Fradokov, A. F.; Labas, Y. A.; Savitsky, A. P.; Zaraisky, A. G.; Markelow, M. L.; Lukyanov, S. A. Nat Biotechnol 1999, 17, 969.
14. Chattoraj, M.; King, B. A.; Bublitz, G. U.; Boxer, S. G. Proc Natl Acad Sci USA 1996, 93, 8362.
15. Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M.-E.; Rosch, N. Chem Phys 1998, 231, 13.
16. Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M.-E.; Rosch, N. Chem Phys Lett 1998, 296, 269.
17. Voityuk, A. A.; Kummer, A. D.; Michel-Beyerle, M.-E.; Rosch, N. Chem Phys 2001, 269, 83.
18. Weber, W.; Helms, V.; McCammon, J. A.; Langhoff, P. W. Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96, 6177.
19. Laino, T.; Nifosi, R.; Tozzini, V. Chem Phys 2004, 298, 17.
20. Helms, V.; Winstead, C.; Langhoff, P. W. J Mol Struct 2000, 506, 179.
21. Das, A. K.; Hasegawa, J.; Miyahara, T.; Ehara, M.; Nakatsuji, H. J Comput Chem 2003, 24, 1421.
22. Martin, M. E.; Negri, F.; Olivucci, M. J Am Chem Soc 2004, 126, 5452.
23. Sinicropi, A.; Andruniow, T.; Ferre, N.; Basosi, R.; Olivucci, M. J Am Chem Soc 2005, 127, 11534.
24. Lopez, X.; Marques, M. A. L.; Castro, R. A. R. J Am Chem Soc 2005, 127, 12329.
25. Demachy, I.; Ridard, J.; Laguitton-Pasquier, H.; Dumerin, E.; Vallverdu, G.; Archirel, P.; Levy, B. J Phys Chem B 2005, 109, 24121.
26. Marques, M. A. L.; López, X.; Varsano, D.; Castro, A.; Rubio, A. Phys Rev Lett 2003, 90, 258101.
27. Chalfie, M.; Tu, Y.; Euskirchen, G.; Ward, W. W.; Prasher, D. C. Science 1994, 263, 802.
28. van Thor, J. J.; Gensch, T.; Hellingwerr, K. H.; Johnson, L. N. Nat Struct Biol 2002, 9, 37.
29. Ormö, M.; Cubitt, A. B.; Kallio, K.; Gross, L. A.; Tsien, R. Y.; Remington, S. J. Science 1996, 273, 1392.
30. Brejc, K.; Sixma, T. K.; Kitts, P. A.; Kain, S. R.; Tsien, R. Y.; Ormoe, M.; Remington, S. J. Proc Natl Acad Sci USA 1997, 94, 2306.
31. Bell, A. F.; He, X.; Wachter, R. M.; Tonge, P. J. Biochemistry 2000, 39, 4423.
32. Nielsen, S. B.; Lapierre, A.; Andersen, J. U.; Pedersen, U. V.; Tomita, S.; Andersen, L. H. Phys Rev Lett 2001, 87, 228102.
33. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys Rev B 1988, 37, 785.
34. Becke, A. D. J Chem Phys 1993, 98, 5648.
35. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J Chem Phys 1972, 56, 2257.
36. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor Chim Acta 1973, 28, 213.
37. Dunning, T. H. Jr.; Hay, P. J. In Modern Theoretical Chemistry; Schaefer, H. F., III, Ed.; Plenum: New York, 1976; pp. 1-28.
38. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, J. K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J Am Chem Soc 1995, 117, 5179.
39. Swerts, B.; Van Droogenbroeck, J.; Peeters, A.; Van Alsenoy, C. J Phys Chem A 2002, 106, 4245.
40. Nakatsuji, H. In Computational Chemistry-Reviews of Current Trends; Leszczynski, J., Ed.; World Scientific: Singapore, 1997; pp. 62-124.
41. Nakatsuji, H. Chem Phys 1983, 75, 425.
42. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; 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.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
43. Fujimoto, K.; Hasegawa, J.; Hayashi, S.; Kato, S.; Nakatsuji, H. Chem Phys Lett 2005, 414, 239.
44. Volkmer, A.; Subramaniam, V.; Birch, D. J. S.; Jovin, T. M. Biophys J 2000, 78, 1589.
45. Xu, C.; Zipfel, W.; Shear, J. B.; Williams, R. M.; Webb, W. W. Proc Natl Acad Sci USA 1996, 93, 10763.
46. Bae, J. H.; Rubini, M.; Jung, G.; Wiegand, G.; Seifert, M. H. J.; Azim, M. K.; Kim, J.; Zumbusch, A.; Holak, T. A.; Moroder, L.; Huber, R.; Budisa, N. J Mol Biol 2002, 328, 1071.