Charge parameterization of the metal centers in cytochrome c oxidase

Journal of Computational Chemistry

Volumn 29, Issue 5, 2008, Pages 753-767

  Johansson, Mikael P ^a,b   Kaila, Ville R I ^c   Laakkonen, Liisa ^c  

^a UNIVERSITY OF HELSINKI   (Finland)

^b CSC Scientific Computing Ltd   (Finland)

^c UNIVERSITY OF HELSINKI   (Finland)

Author keywords

Atomic point charge; Bioenergetics; Density functional calculation; Force field parameter; Haem protein; Metalloprotein; RESP

Indexed keywords

CHARGE DISTRIBUTION; COMPUTER SIMULATION; COULOMB INTERACTIONS; HYDROGEN BONDS; LIGANDS; QUANTUM THEORY;

ATOMIC POINT CHARGES; FORCE FIELD PARAMETER; LIGAND STATES; STRUCTURAL STABILITY;

PROTEINS;

COPPER; CYTOCHROME C OXIDASE; IRON; LIGAND; OXYGEN;

ARTICLE; BINDING SITE; BIOLOGICAL MODEL; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; ELECTRICITY; OXIDATION REDUCTION REACTION; QUANTUM THEORY;

BINDING SITES; COMPUTER SIMULATION; COPPER; ELECTRON TRANSPORT COMPLEX IV; ELECTROSTATICS; IRON; LIGANDS; MODELS, BIOLOGICAL; OXIDATION-REDUCTION; OXYGEN; QUANTUM THEORY;

EID: 40549119124     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20835     Document Type: Article

References (91)

1. Denisov, I. G.; Makris, T. M.; Sligar, S. G.; Schlichting, I. Chem Rev 2005, 105, 2253.
2. Shaik, S.; Kumar, D.; de Visser, S. P.; Altun, A.; Thiel, W. Chem Rev 2005, 105, 2279.
3. Wikström, M. Nature 1977, 266, 271.
4. Babcock, G. T.; Wikström, M. Nature 1992, 356, 301.
5. Babcock, G. T. Chem Rev 1996, 96, 2889.
6. Wikström, M. Biochim Biophys Acta 2004, 1655, 241.
7. Hosler, J. P.; Ferguson-Miller, S.; Mills, D. A. Annu Rev Biochem 2006, 75, 165.
8. McNamara, J. P.; Sundararajan, M. S.; Hillier, I. H.; Ge, J.; Campbell, A.; Morgado, C. J Comput Chem 2005, 27, 1307.
9. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J Comput Chem 1983, 4, 187.
10. MacKerell, A. D., Jr.; Brooks, B.; Brooks, C. L., III; Nilsson, L.; Roux, B.; Won, Y.; Karplus, M. The Encyclopedia of Computational Chemistry, Vol. 1; Wiley: Chichester, 1998; pp. 271-277.
11. Case, D. A.; Cheatham, T. E., III; Darden, T.; Gohlke, H.; Luo, R.; Merz, K. M., Jr.; Onufriev, A.; Simmerling, C.; Wang B.; Woods, R. J Comput Chem 2005, 26, 1668.
12. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J Comput Chem 2005, 26, 1701.
13. Kannt, A.; Lancaster, C. R. D.; Michel, H. Biophys J 1998, 74, 708.
14. Hofacker, I.; Schulten, K. Proteins 1998, 30, 100.
15. Pomes, R.; Hummer, G.; Wikström, M. Biochim Biophys Acta 1998, 1365, 255.
16. Wikström, M.; Verkhovsky, M. I.; Hummer, G. Biochim Biophys Acta 2003, 1604, 61.
17. Olkhova, E.; Hutter, M. C.; Lili, M. A.; Helms, V.; Michel, H. Biophys J 2004, 86, 1873.
18. Popovic, D. M.; Stuchebrukhov, A. A. J Am Chem Soc 2004, 126, 1858.
19. Autenrieth, F.; Tajkhorshid, E.; Baudry, J.; Luthey-Schulten, Z. J Comput Chem 2004, 25, 1613.
20. Olkhova, E.; Helms, V.; Michel, H.; Biophys J 2005, 89, 2324.
21. Fadda, E.; Chakrabarti, N.; Pomes, R. J Phys Chem B 2005, 109, 22629.
22. Wikström, M.; Ribacka, C.; Molin, M.; Laakkonen, L.; Verkhovsky, M.; Puustinen, A. Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102, 10478.
23. Quenneville, J.; Popovic, D. M.; Stuchebrukhov, A. A. Biochim Biophys Acta 2006, 1757, 1035.
24. Favia, A. D.; Cavalli, A.; Masetti, M.; Carotti, A.; Recanatini, M. Proteins 2006, 62, 1074.
25. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys Rev 1964, 136, B864.
26. Kohn, W.; Sham, L. J Phys Rev 1965, 140, A1133.
27. Rovira, C.; Kunc, K.; Hutter, J.; Ballone, P.; Parinello, M. J Phys Chem A 1997, 101, 8914.
28. Harris, D.; Loew, G.; Waskell, L. J Am Chem Soc 1998, 120, 4308.
29. Loew, G. H.; Harris, D. L. Chem Rev 2000, 100, 407.
30. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem Rev 2000, 100, 421.
31. Harris, D. L. Curr Opin Chem Biol 2001, 5, 724.
32. Ghosh, A.; Vangberg, T.; Gonzales, E.; Taylor, P. J Porphyrins Phthalocyanines 2001, 5, 345.
33. Johansson, M. P.; Blomberg, M. R. A.; Sundholm, D.; Wikström, M. Biochim Biophys Acta 2002, 1553, 183.
34. Johansson, M. P.; Sundholm, D.; Gerfen, G.; Wikström, M. J Am Chem Soc 2002, 124, 11771.
35. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Philos Trans R Soc A 2005, 363, 847.
36. Smith, D. M. A.; Dupuis, M.; Straatsma, T. P. Mol Phys 2005, 103, 273.
37. Siegbahn, P. E. M. J Biol Inorg Chem 2006, 11, 695.
38. Johansson, M. P.; Sundholm, D. J Chem Phys 2004, 120, 3229.
39. Becke, A. D. J Chem Phys 1993, 98, 5648.
40. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys Rev B 1988, 37, 785.
41. Tsukihara, T.; Shimokata, K.; Katayama, Y.; Shimada, H.; Muramoto, K.; Aoyama, H.; Mochizuki, M.; Shinzawa-Itoh, K.; Yamashita, E.; Yao, M.; Ishimura, Y.; Yoshikawa, S. Proc Natl Acad Sci USA 2003, 100, 15304.
42. Schäfer, A.; Horn, H.; Ahlrichs, R. J Chem Phys 1992, 97, 2571.
43. Schäfer, A.; Huber, C.; Ahlrichs, R. J Chem Phys 1994, 100, 5829.
44. Klamt, A.; Schüürmann, G. J Chem Soc Perkin Trans 2 1993, 5, 799.
45. Simonson, T.; Perahia, D. Proc Natl Acad Sci USA 1995, 92, 1082.
46. Guadagnini, P. H.; Bruns, R. E.; de Souza, A. A. Quim Nova 1996, 19, 148.
47. Sigfridsson, E.; Ryde, U. J Comput Chem 1998, 19, 377.
48. Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry; Wiley: Chichester, 1999; Chapter 9.
49. Maciel, G. S.; Garcia, E. Chem Phys Lett 2006, 420, 497.
50. Mulliken, R. S. J Chem Phys 1955, 23, 1833.
51. Baker, J. Theor Chim Acta 1985, 68, 221.
52. Guerra, C. F.; Handgraaf, J.-W.; Baerends, E. J.; Bickelhaupt, F. M. J Comput Chem 2004, 25, 189.
53. Breneman, C. M.; Wiberg, K. B. J Comput Chem 1990, 11, 361.
54. Bayly, C. I.; Cieplak, P.; Cornell, W. D.; Kollman, P. A. J Phys Chem 1993, 97, 10269.
55. Hartree, D. R. Proc Cambridge Philos Soc 1928, 25, 89.
56. Fock, V. Z Phys 1930, 61, 126.
57. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor Chim Acta 1973, 28, 213.
58. Lüthi, H. P.; Siegbahn, P. E. M.; Almlöf, J. J Phys Chem 1985, 89, 2156.
59. Almlöf, J.; Fischer, T. H.; Gassman, P. G.; Ghosh, A.; Häser, M. J Phys Chem 1993, 97, 10964.
60. Ghosh, A.; Almlöf, J.; Que, L., Jr. J Phys Chem 1994, 98, 5576.
61. Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K.; Yliniemelä, A. J Mol Struct (Theochem) 1996, 365, 81.
62. Rabenstein, B.; Ullmann, G. M.; Knapp, E.-W. Eur Biophys J 1998, 27, 626.
63. Ahlrichs, R.; Bär, M.; Häser, M.; Horn, H.; Kölmel, C. Chem Phys Lett 1989, 162, 165.
64. Kendall, R. A.; Apra, E.; Bernholdt, D. E.; Bylaska, E. J.; Dupuis, M.; Fann, G. I.; Harrison, R. J.; Ju, J.; Nichols, J. A.; Nieplocha, J.; Straatsma, T. P.; Windus, T. L.; Wong, A. T. Comput Phys Commun 2000, 128, 260.
65. Song, Y.; Michonova-Alexova, E.; Gunner, M. R. Biochemistry 2006, 45, 7959.
66. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J Chem Phys 1983, 79, 926.
67. Duan, Y.; Wu, C.; Chowdhury, S.; Lee, M. C.; Xiong, G.; Zhang, W.; Yang, R.; Cieplak, P.; Luo, R.; Lee, T.; Caldwell, J.; Wang, J.; Kollman, P. J Comput Chem 2003, 24, 1999.
68. Varotsis, C.; Woodruff, W. H.; Babcock, G. T. J Am Chem Soc 1989, 111, 6439.
69. Fabian, M.; Wong, W. W.; Gennis, R. B.; Palmer, G. Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96, 13114.
70. MacMillan, F.; Kannt, A.; Behr, J.; Prisner, T.; Michel, H. Biochemistry 1999, 38, 9179.
71. Proshlyakov, D. A.; Pressler, M. A.; DeMaso, C.; Leykam, J. F.; DeWitt, D. L.; Babcock, G. T. Science 2000, 290, 1588.
72. Belevich, I.; Verkhovsky, M. I.; Wikström, M. Nature 2006, 440, 829.
73. Karpefors, M.; Slutter, C. E.; Fee, J. A.; Aasa, R.; Kallebring, B.; Larsson, S.; Vanngard, T. Biophys J 1996, 71, 2823.
74. Bertini, I.; Bren, K. L.; Clemente, A.; Fee, J. A.; Gray, H. B.; Luchinat, C.; Malmström, B. G.; Richards, J. H.; Sanders, D.; Slutter, C. E. J Am Chem Soc 1996, 118, 11658.
75. Neese, F.; Zumft, W. G.; Antholine, W. E.; Kroneck, P. M. H. J Am Chem Soc 1996, 118, 8692.
76. Neese, F.; Kappl, R.; Hüttermann, J.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. J Biol Inorg Chem 1998, 3, 53.
77. Olsson, M. H. M.; Ryde, U. J Am Chem Soc 2001, 123, 7866.
78. Lappalainen, P.; Aasa, R.; Malmström, B. G.: Saraste, M. J Biol Chem 1993, 268, 26416.
79. Iwata, S.; Ostermeier, C.; Ludwig, B.; Michel, H. Nature 1995, 376, 660.
80. Tsukihara, T.; Aoyama, H.; Yamashita, E.; Tomizaki, T.; Yamaguchi, H.; Shinzawaitoh, K.; Nakashima, R.; Yaono, R.; Yoshikawa S. Science 1995, 269, 1069.
81. Ostermeier, C.; Harrenga, A.; Ermler, U.; Michel, H. Proc Natl Acad Sci USA 1997, 94, 10547.
82. Babcock, G. T.; Callahan, P. M.; Ondrias, M. R.; Salmeen, I. Biochemistry 1981, 20, 959.
83. Ralle, M.; Verkhovskaya, M. L.; Morgan, J. E.; Verkhovsky, M. I.; Wikström, M.; Blackburn, N. J. Biochemistry 1999, 38, 7185.
84. Osborne, J. P.; Cosper, N. J.; Stålhandske, C. M.; Scott, R. A.; Alben, J. O.; Gennis, R. B. Biochemistry 1999, 38, 4526.
85. Riistama, S.; Laakkonen, L.; Wikström, M.; Verkhovsky, M. I.; Puustinen, A. Biochemistry 1999, 38, 10670.
86. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J Chem Phys 1995, 103, 8577.
87. Aksimentiev, A.; Schulten, K. Biophys J 2005, 88, 3745.
88. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J Mol Graphics 1996, 14, 33.
89. Becke, A. D. Phys Rev A 1988, 38, 3098.
90. Perdew, J. P. Phys Rev B 1986, 33, 8822.
91. Tuukkanen, A.; Verkhovsky, M. I.; Laakkonen, L.; Wikström, M. Biochim Biophys Acta 2006, 1757, 1117.