Solvent and protein effects on the vibrational frequency shift and energy relaxation of the azide ligand in carbonic anhydrase

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 108, Issue 35, 2004, Pages 13501-13512

  Garcia Viloca, Mireia ^a,b   Nam, Kwangho ^a   Alhambra, Cristóbal ^a,c   Gao, Jiali ^a  

^a University of Minnesota ^*  (United States)

^b UNIVERSITAT AUTÒNOMA DE BARCELONA   (Spain)

^c ASTRAZENECA   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AZIDE IONS; NUCLEAR MOTIONS; VIBRATIONAL FREQUENCY SHIFT; VIBRATIONAL RELAXATION TIME;

CARBON DIOXIDE; ENERGY TRANSFER; HAMILTONIANS; MICELLES; MOLECULAR DYNAMICS; POTENTIAL ENERGY; PROTEINS;

VIBRATIONS (MECHANICAL);

EID: 4444234893     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp047526g     Document Type: Article

References (109)

1. Brooks, C. L., III.; Karplus, M.; Pettitt, B. M. Adv. Chem. Phys. 1988, 71, 1-259.
2. Frauenfelder, H.; McMahon, B. H.; Austin, R. H.; Chu, K.; Groves, J. T. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 2370-2374.
3. Hochstrasser, R. M. J. Chem. Educ. 1998, 75, 559-564.
4. Jimenez, R.; Fleming, G. R.; Kumar, P. V.; Maroncelli, M. Nature (London) 1994, 369, 471-473.
5. Lim, M.; Jackson, T. A.; Anfinrud, P. A. Science 1995, 269, 962-966.
6. Pal, S. K.; Peon, J.; Zewail, A. H. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 15297-15302.
7. Lim, M.; Hamm, P.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 15315-15320.
8. Asplund, M. C.; Lim, M.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. Lett. 2000, 323, 269-277.
9. Polak, M.; Gruebele, M.; Saykally, R. J. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 2884-2887.
10. Hamm, P.; Lim, M.; Hochstrasser, R. M. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 5326-5329.
11. Dobramysl, W.; Fritzer, H. P.; Harland, L.; Kettle, S. F. A. Spectrochim. Acta, Part A 1977, 33A, 221-226.
12. Joensson, B. M.; Hakansson, K.; Liljas, A. FEBS Lett. 1993, 322, 186-190.
13. Nair, S. K.; Christianson, D. W. Eur. J. Biochem. 1993, 213, 507-515.
14. Teraoka, J.; Yamamoto, N.; Matsumoto, Y.; Kyogoku, Y.; Sugeta, H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8875-8878.
15. Varo, G.; Brown, L. S.; Needleman, R.; Lanyi, J. K. Biochemistry 1996, 35, 6604-6611.
16. Tsubaki, M.; Mogi, T.; Hori, H. J. Biochem. (Tokyo) 1999, 126, 510-519.
17. Waterland, M. R.; Kelley, A. M. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 8385-8392.
18. Owrutsky, J. C.; Kim, Y. R.; Li, M.; Sarisky, M. J.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. Lett. 1991, 184, 368-374.
19. Zhong, Q.; Steinhurst, D. A.; Carpenter, E. E.; Owrutsky, J. C. Langmuir 2002, 18, 7401-7408.
20. Zhong, Q.; Baronavski, A. P.; Owrutsky, J. C. J. Chem. Phys. 2003, 118, 7074-7080.
21. Li, M.; Owrutsky, J.; Sarisky, M.; Culver, J. P.; Yodh, A.; Hochstrasser, R. M. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5499-5507.
22. Heilweil, E. J.; Doany, F. E.; Moore, R.; Hochstrasser, R. M. J. Chem. Phys. 1982, 76, 5632-5634.
23. Zhong, Q.; Owrutsky, J. C. Chem. Phys. Lett. 2004, 383, 176-180.
24. Botschwina, P. J. Chem. Phys. 1986, 85, 4591-4593.
25. Kaldor, U. Int. J. Quantum Chem., Quantum Chem. Symp. 1990, 24, 291-294.
26. Fadini, A.; Schroeder, H. F.; Mueller, J. Z. Anorg. Aug. Chem. 1982, 488, 121-125.
27. Ferrario, M.; Klein, M. L.; McDonald, I. R. Chem. Phys. Lett. 1993, 213, 537-540.
28. Yarne, D. A.; Tuckerman, M. E.; Klein, M. L. Chem. Phys. 2000, 258, 163-169.
29. Monta, A.; Kato, S. J. Chem. Phys. 1998, 109, 5511-5523.
30. Briganti, F.; Iaconi, V.; Mangani, S.; Orioli, P.; Scozzafava, A.; Vernaglione, G.; Supuran, C. T. Inorg. Chim. Acta 1998, 275-276, 295-300.
31. Liang, J. Y.; Lipscomb, W. N. Biochemistry 1988, 27, 8676-8682.
32. Aaqvist, J.; Warshel, A. J. Mol. Biol. 1992, 224, 7-14.
33. Jackman, J. E.; Merz, K. M., Jr.; Fierke, C. A. Biochemistry 1996, 35, 16421-16428.
34. Lu, D.; Voth, G. A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4006-4014.
35. Lu, D.; Voth, G. A. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1998, 33, 119-134.
36. Toba, S.; Colombo, G.; Merz, K. M., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 2290-2302.
37. Isaev, A. N. THEOCHEM 2002, 582, 195-203.
38. Chen, H.; Li, S.; Jiang, Y. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4652-4660.
39. Cui, Q.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1071-1078.
40. Smedarchina, Z.; Siebrand, W.; Fernandez-Ramos, A.; Cui, Q. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 243-251.
41. Merz, K. M., Jr.; Banci, L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17414-17420.
42. Krauss, M.; Garmer, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 6426-6435.
43. Sola, M.; Lledos, A.; Duran, M.; Bertran, J. NATO ASI Ser., Ser. C 1992, 368, 263-298.
44. Aaqvist, J.; Fothergill, M.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 631-635.
45. Madura, J. D.; Nakajima, Y.; Hamilton, R. M.; Wierzbicki, A.; Warshel, A. Struct. Chem. 1996, 7, 131-138.
46. Garmer, D. R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2945-2953.
47. Merz, K. M., Jr.; Hoffmann, R.; Dewar, M. J. S. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 5636-5649.
48. Merz, K. M., Jr. J. Mol. Biol. 1990, 214, 799-802.
49. Zheng, Y. J.; Merz, K. M., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10498-10507.
50. Rossi, K. A.; Merz, K. M., Jr.; Smith, G. M.; Baldwin, J. J. J. Med. Chem. 1995, 38, 2061-2069.
51. Hartsough, D. S.; Merz, K. M., Jr. J. Phys. Chem. 1995, 99, 11266-11275.
52. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1990, 11, 700-733.
53. Warshel, A. Computer Modeling of Chemical Reactions in Enzymes and Solutions; Wiley: New York, 1991.
54. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1986, 7, 718-730.
55. Gao, J.; Xia, X. Science 1992, 258, 631-635.
56. Gao, J. In Reviews in Computational Chemistry; Lipkowitz, K. B., Boyd, D. B., Eds.; VCH: New York, 1995; Vol. 7, pp 119-185.
57. Gao, J.; Truhlar, D. G. Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 53, 467-505.
58. Gao, J.; Luque, F. J.; Orozco, M. J. Chem. Phys. 1993, 95, 2975-2982.
59. Garcia-Viloca, M.; Truhlar, D. G.; Gao, J. J. Mol. Biol. 2003, 327, 549-560.
60. Amara, P.; Field, M. J. In Computational Molecular Biology; Leszczynski, J., Ed.; Elsevier: Amsterdam, 1999; pp 1-33.
61. MacKerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E., III; Roux, B. ; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Strzaub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616.
62. Gao, J. ACS Symp. Ser. 1994, 569, 8-21.
63. Freindorf, M.; Gao, J. J. Comput. Chem. 1996, 17, 386-395.
64. Gao, J.; Amara, P.; Alhambra, C.; Field, M. J. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 4714-4721.
65. Garcia-Viloca, M.; Gao, J. Theor. Chem. Acc. 2004, 111, 280-286.
66. 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.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; 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.; Gonzalez, C.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
67. Stewart, J. J. P. J. Comput.-Aided Des. 1990, 4, 1-105.
68. Garcia-Viloca, M.; Corchado, J. C.; Alhambra, C.; Villa, J.; Gao, J.; Truhlar, D. G. 0.1 ed.; University of Minnesota: Minneapolis, Mn, 2002.
69. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
70. Alhambra, C.; Corchado, J.; Sanchez, M. L.; Garcia-Viloca, M.; Gao, J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 11326-11340.
71. Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; Vetterling, W. T. Numerical Recipes; University of Cambridge: New York, 1992.
72. Hamilton, I. P.; Light, J. C. J. Chem. Phys. 1986, 84, 306-317.
73. Wang, J.; Boyd, R. J.; Laaksonen, A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 7261-7269.
74. Alhambra, C.; Byun, K.; Gao, J. ACS Symp. Ser. 1998, 712, 35-49.
75. Zwanzig, R. J. Chem. Phys. 1961, 34, 1931-1935.
76. Whitnell, R. M.; Wilson, K. R.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8625-8628.
77. Whitnell, R. M.; Wilson, K. R.; Hynes, J. T. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5354-5369.
78. Oxtoby, D. W. Adv. Chem. Phys. 1981, 47, 487-519.
79. Bader, J. S.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1994, 100, 8359-8366.
80. Rey, R.; Hynes, J. T. J. Chem. Phys. 1996, 104, 2356-2368.
81. Sun, Y. C.; Gai, H.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1994, 100, 3247-3251.
82. Jang, S.; Pak, Y.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10289-10293.
83. Egorov, S. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 1996, 105, 7047-7058.
84. Skinner, J. L.; Park, K. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6716-6721.
85. Sagnella, D. E.; Straub, J. E.; Jackson, T. A.; Lim, M.; Anfinrud, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 14324-14329.
86. Bu, L.; Straub, J. E. Biophys. J. 2003, 85, 1429-1439.
87. Bu, L.; Straub, J. E. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12339-12345.
88. Sagnella, D. E.; Straub, J. E. Biophys. J. 1999, 77, 1.
89. Egorov, S. A.; Everitt, K. F.; Skinner, J. L. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 9494-9499.
90. Gao, J.; Freindorf, M. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 3182-3188.
91. Eichinger, M.; Tavan, P.; Hutter, J.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 10452-10467.
92. Rothlisberger, U.; Carloni, P.; Dodo, K.; Parrinello, M. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 236-250.
93. Stewart, J. J. P. J. Comput. Chem. 1989, 10, 209-220.
94. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
95. Dewar, M. J. S.; Zoebisch, E. G.; Healy, E. F.; Stewart, J. J. P. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3902-3909.
96. Brauer, M.; Kunert, M.; Dinjus, E.; Klussmann, M.; Doring, M.; Gorls, H. ; Anders, E. THEOCHEM 2000, 505, 289-301.
97. Corchado, J. C.; Espinosa-Garcia, J.: Hu, W.-P.; Rossi, I.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. 1995, 99, 687-694.
98. Elstner, M.; Cui, Q.; Munih, P.; Kaxiras, E.; Frauenheim, T.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 2003, 24, 565-581.
99. Hockney, R. W. Methods Comput. Phys. 1970, 9, 136-211.
100. Nose, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511.
101. Hoover, W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695.
102. Andersen, H. C. J. Chem. Phys. 1980, 72, 2384.
103. Ryckaert, J. P.; Cicotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-337.
104. Verlet, L. Phys. Rev. 1967, 159, 98.
105. Steiner, H.; Jonsson, B. H.; Lindskog, S. Eur. J. Biochem. 59, 253-259.
106. Silverman, D. N.; Lindskog, S. Acc. Chem. Res. 1988, 21, 30-36.
107. Brooks, C. L., III; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1983, 79, 6312-6325.
108. Brooks, C. L., III; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1989, 208, 159-181.
109. Le Borgne, C.; Illien, B.; Beignon, M.; Chabanel, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 4701-4706.