NMR chemical shifts of the rhodopsin chromophore in the dark state and in bathorhodopsin: A hybrid QM/MM molecular dynamics study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 112, Issue 4, 2008, Pages 1267-1274

  Röhrigt, Ute F ^a   Sebastiani, Daniel ^b  

^a SWISS INSTITUTE OF BIOINFORMATICS   (Switzerland)

^b MAX PLANCK INSTITUTE FOR POLYMER RESEARCH   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL ANALYSIS; COMPUTER SIMULATION; MOLECULAR DYNAMICS; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; QUANTUM THEORY;

NMR CHEMICAL SHIFT CALCULATIONS; PHOTOINTERMEDIATE BATHORHODOPSIN; RHODOPSIN CHROMOPHORE;

CHROMOPHORES;

EID: 39149143629     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp075662q     Document Type: Article

References (100)

1. Palczewski, K.; Kumasaka, T.; Hori, T.; Behnke, C. A.; Motoshima, H.; Fox, B. A.; Trong, I. L.; Teller, D. C.; Okada, T.; Stenkamp, R. E.; Yamamoto, M.; Miyano, M. Science 2000, 289, 739-745.
2. Teller, D. C.; Okada, T.; Behnke, C. A.; Palczewski, K.; Stenkamp, R. E. Biochemistry 2001, 40, 7761-7772.
3. Okada, T.; Fujiyoshi, Y.; Silow, M.; Navarro, J.; Landau, E. M.; Shichida, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002, 99, 5982-5987.
4. Okada, T.; Sugihara, M.; Bondar, A.-N.; Elstner, M.; Entel, P.; Buss, V. J. Mol. Biol. 2004, 342, 571-583.
5. Edwards, P. C.; Li, J.; Burghammer, M.; McDowell, J.; Villa, C.; Hargrave, P. A.; Schertler, G. F. X. J. Mol. Biol. 2004, 343, 1439-1450.
6. Yoshizawa, T.; Wald, G. Nature 1963, 197, 1279-1285.
7. Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1991, 254, 412-415.
8. Kim, J. E.; Taubner, M. J.; Mathies, R. A. Biochemistry 2001, 40, 13774-13778.
9. Palings, I.; van den Berg, E. M.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. Biochemistry 1989, 28, 1498-1507.
10. Sekharan, S.; Sugihara, M.; Weingart, O.; Okada, T.; Buss, V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1052-1054.
11. Kliger, D. S.; Lewis, J. W. Isr. J. Chem. 1995, 35, 289-307.
12. Warshel, A.; Levitt, M. J. Mol. Biol. 1976, 103, 227-249.
13. Röhrig, U. F.; Guidoni, L.; Laio, A.; Frank, I.; Rothlisberger, U. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15328-15329.
14. Nakamichi, H.; Okada, T. Angew. Chem., Intl. Ed. 2006, 45, 4270-4273.
15. Ishiguro, M.; Hirano, T.; Oyama, Y. ChemBioChem 2003, 4, 228-231.
16. Andruniow, T.; Ferre, N.; Olivucci, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17908-17913.
17. Gascon, J. A.; Batista, V. S. Biophys. J. 2004, 87, 2931-2941.
18. Yan, E. C. Y.; Ganim, Z.; Kazmi, M. A.; Chang, B. S. W.; Sakmar, T. P.; Mathies, R. A. Biochemistry 2004, 43, 10867-10876.
19. Kukura, P.; McCamant, D. W.; Yoon, S.; Wandschneider, D. B.; Mathies, R. A. Science 2005, 310, 1006-1009.
20. Pan, D.; Ganim, Z.; Kim, J. E.; Verhoeven, M. A.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4857-4864.
21. Smith, S. O.; Courtin, J.; de Groot, H.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J. Biochemistry 1991, 30, 7409-7415.
22. Yan, E. C. Y.; Kazmi, M. A.; Ganim, Z.; Hou, J.-M.; Pan, D.; Chang, B. S. W.; Sakmar, T. P.; Mathies, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 9262-9267.
23. Lüdeke, S.; Beck, M.; Yan, E. C. Y.; Sakmar, T. P.; Siebert, F.; Vogel, R. J. Mol. Biol. 2005, 353, 345-356.
24. Röhrig, U. F.; Guidoni, L.; Rothlisberger, U. Biochemistry 2002, 41, 10799-10809.
25. Yan, E. C.; Kazmi, M. A.; De, S.; Chang, B. S.; Seibert, C.; Marin, E. P.; Mathies, R. A.; Sakmar, T. P. Biochemistry 2002, 41, 3620-3627.
26. Lewis, J. W.; Szundi, I.; Kazmi, M. A.; Sakmar, T. P.; Kliger, D. S. Biochemistry 2004, 43, 12614-12621.
27. Periole, X.; Ceruso, M. A.; Mehler, E. L. Biochemistry 2004, 43, 6858-6864.
28. Birge, R. R.; Murray, L. P.; Pierce, B. M.; Akita, H.; Balogh-Nair, V.; Findsen, L. A.; Nakanishi, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985, 82, 4117-4121.
29. Nagata, T.; Terakita, A.; Kandori, H.; Shichida, Y.; Maeda, A. Biochemistry 1998, 37, 17216-17222.
30. Kandori, H.; Kinoshita, N.; Yamazak, Y.; Maeda, A.; Shichida, Y.; Needleman, R.; Lanyi, J. K.; Bizounok, M.; Herzfeld, J.; Raap, J.; Lugtenburg, J. Biochemistry 1999, 38, 9676-9683.
31. Martinez-Mayorga, K.; Pitman, M. C.; Grossfield, A.; Feller, S. E.; Brown, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16502-16503.
32. Mollevanger, L. C.; Kentgens, A. P.; Pardoen, J. A.; Courtin, J. M.; Veeman, W. S.; Lugtenburg, J.; de Grip, W. J. Eur. J. Biochem. 1987, 163, 9-14.
33. Han, M.; Smith, S. O. Biochemistry 1995, 34, 1425-1432.
34. Smith, S. O.; Palings, I.; Miley, M.; Courtin, J.; de Groot, H.; Lugtenburg, J.; Mathies, R.; Griffin, R. Biochemistry 1990, 29, 8158-8164.
35. Yates, J. R.; Pham, T. N.; Pickard, C. J.; Mauri, F.; Amado, A. M.; Gil, A. M.; Brown, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10216-10220.
36. Schulz-Dobrick, M.; Metzroth, T.; Spiess, H. W.; Gauss, J.; Schnell, I. ChemPhysChem, 2005, 6, 315-327.
37. Ochsenfeld, C.; Brown, S. P.; Schnell, I.; Gauss, J.; Spiess, H. W. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2597-2606.
38. Bühl, M.; Kabrede, H.; Diss, R.; Wipff, G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6357-6368.
39. Gervais, C.; Dupree, R.; Pike, K. J.; Bonhomme, C.; Profeta, M.; Pickard, C. J.; Mauri, F. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6960-6969.
40. Murakhtina, T.; Delle Site, L.; Sebastiani, D. ChemPhysChem 2006, 7, 1215-1219.
41. Bühl, M.; Grigoleit, S.; Kabrede, H.; Mauschick, F. T. Chem. Eur. J. 2006, 12, 477-488.
42. Sekharan, S.; Weingart, O.; Buss, V. Biophys. J. 2006, 91, L07-L09.
43. Sebastiani, D.; Parrinello, M. ChemPhysChem 2002, 5, 675.
44. Murakhtina, T.; Heuft, J.; Meijer, J.-E.; Sebastiani, D. ChemPhysChem 2006, 7, 2578-2584.
45. Jacob, C. R.; Visscher, L. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194104.
46. Amovilli, C.; Mennucci, B. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1051-1057.
47. Tomasi, J.; Mennucci, B.; Cancès, E. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 464, 211-226.
48. Klein, R. A.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 5851-5863.
49. Cui, Q. J. Chem. Phys. 2002, 117, 4720-4728.
50. Sebastiani, D.; Rothlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2807.
51. Cui, Q.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3721-3743.
52. Komin, S.; Gossens, C.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U.; Sebastiani, D. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5225-5232.
53. Gascon, J. A.; Sproviero, E. M.; Batista, V. S. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 674-685.
54. Laio, A.; VandeVondele, J.; Rothlisberger, U. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6941-6947.
55. Hutter, J. CPMD, version 3.12; Copyright IBM Corp. and MPI-FKF Stuttgart: 1990-2007; http://www.cpmd.org.
56. Hutter, J.; Curioni, A. ChemPhysChem 2005, 6, 1788-1793.
57. Marx, D.; Hutter, J. Ab initio molecular dynamics: Theory and implementation. In Modem Methods and Algorithms of Quantum Chemistry; Grotendorst, J., Ed.; Forschungszentrum Jülich: 2000; pp301-449, Vol 1 of NIC Series.
58. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. B 1964, 156, 864-871.
59. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. A 1965, 140, 1133-1138.
60. Jones, R. O.; Gunnarsson, O. Rev. Mod. Phys. 1989, 61, 689-746.
61. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100.
62. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789.
63. Troullier, N.; Martins, J. L. Phys. Rev. B 1991, 43, 1993.
64. Goedecker, S.; Teter, M.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 1703.
65. Hartwigsen, C.; Goedecker, S.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1998, 58, 3641.
66. Hockney, R. W. Methods Comput. Phys. 1970, 9, 135-211.
67. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471-2474.
68. Case, D. A.; Pearlman, D. A.; Caldwell, J. W.; Ill, T. E. C.; Wang, J.; Ross, W. S.; Simmerling, C.; Darden, T.; Merz, K. M.; Stanton, R. V.; Cheng, A.; Vincent, J. J.; Crowley, M.; Tsui, V.; Gohlke, H.; Radmer, R.; Duan, Y.; Pitera, J.; Massova, I.; Seibel, G. L.; Singh, U. C.; Weiner, P.; Kollman, P. A. Amber; University of California.
69. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M., Jr.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179-5197.
70. Wang, J.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1049-1074.
71. Huenenberger, P. H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10464-10476.
72. van Gunsteren, W.; Berendsen, H. Mol. Phys. 1977, 34, 1311-1327.
73. Laio, A.; VandeVondele, J.; Rothlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7300-7307.
74. Röhrig, U. F.; Guidoni, L.; Rothlisberger, U. ChemPhysChem 2005, 6, 1836-1847.
75. von Lilienfeld, O. A.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U.; Sebastiani, D. J. Chem. Phys. 2005, 122, 14113.
76. Martyna, G.; Tuckerman, M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 2810.
77. Putrino, A.; Sebastiani, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7102-7109.
78. Baroni, S.; de Gironcoli, S.; del Corso, A.; Giannozzi, P. Rev. Mod. Phys. 2001, 73, 515.
79. Mauri, F.; Pfrommer, B.; Louie, S. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 5300-5303.
80. Sebastiani, D.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1951.
81. Schreckenbach, G.; Wolff, S. K.; Ziegler, T. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 8244-8255.
82. Straka, M.; Kaupp, M. Chem. Phys. Lett. 2005, 311, 45-56.
83. Mauri, F.; Louie, S. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 4246-4249.
84. Mauri, F.; Pfrommer, B.; Louie, S. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 2340.
85. Yoon, Y.; Pfrommer, B.; Mauri, F.; Louie, S. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 3388.
86. Mauri, F.; Vast, N.; Pickard, C. J. Phys. Rev. Lett. 2001, 88, 085506.
87. Sebastiani, D.; Goward, G.; Schnell, I.; Spiess, H. W. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2003, 625, 283-288.
88. Jameson, A.; Jameson, C. Chem. Phys. Lett. 1987, 134, 461.
89. Pickard, C. J.; Mauri, F. Phys. Rev. B 2001, 63, 245101.
90. Hoffmann, A.; Sebastiani, D.; Sugiono, E.; Kim, K. S.; Spiess, H. W.; Schnell, I. Chem. Phys. Lett. 2004, 388, 164-169.
91. Sebastiani, D. Int. J. Quantum Chem. 2005, 101, 849-853.
92. Sebastiani, D. Mod. Phys. Lett. B 2003, 17, 1301-1319.
93. Creemers, A. F.; Kiihne, S.; Bove-Geurts, P.; DeGrip, W. J.; Lutenburg, J.; de Groot, H. J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 9101-9106.
94. Jacquemin, D.; Perpète, E. A.; Ciofini, I.; Adamo, C. Chem. Phys. Lett. 2005, 405, 376-381.
95. Gascon, J. A.; Sproviero, E. M.; Batista, V. S. Acc. Chem. Res. 2006, 59, 184-193.
96. Page, C. S.; Olivucci, M. J. Comput. Chem. 2003, 24, 298-309.
97. Fantacci, S.; Migani, A.; Olivucci, M. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 1208-1213.
98. Buda, F.; Giannozzi, P.; Mauri, F. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9048-9053.
99. Touw, S. I. E.; de Groot, H. J. M.; Buda, F. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 13560-13572.
100. Schreiber, M.; Buss, V.; Sugihara, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12045-12048.