Combined quantum mechanics/molecular mechanics study on the reversible isomerization of glucose and fructose catalyzed by Pyrococcus furiosus phosphoglucose isomerase

Journal of the American Chemical Society

Volumn 130, Issue 22, 2008, Pages 7022-7031

  Wu, Ruibo ^a   Xie, Hujun ^a   Cao, Zexing ^a   Mo, Yirong ^a,b  

^a XIAMEN UNIVERSITY   (China)

^b WESTERN MICHIGAN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

FRUCTOSE; ISOMERIZATION; MOLECULAR MECHANICS; QUANTUM THEORY;

HYDRIDE TRANSFERS; HYDROGEN EXCHANGE; PHOSPHOGLUCOSE ISOMERASE (PGI);

GLUCOSE;

FRUCTOSE; GLUCOSE; GLUCOSE 6 PHOSPHATE ISOMERASE;

ARTICLE; ENZYME ANALYSIS; ISOMERIZATION; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR MECHANICS; NONHUMAN; PROTON TRANSPORT; PYROCOCCUS FURIOSUS; QUANTUM MECHANICS; SIMULATION; STRUCTURE ANALYSIS;

COMPUTER SIMULATION; FRUCTOSEPHOSPHATES; GLUCOSE-6-PHOSPHATE; GLUCOSE-6-PHOSPHATE ISOMERASE; ISOMERISM; MOLECULAR CONFORMATION; PYROCOCCUS FURIOSUS; QUANTUM THEORY;

EID: 44449113305     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja710633c     Document Type: Article

References (87)

1. Lohman, K. Biochem. Z. 1933, 262, 137.
2. Parr, C. W. Nature 1956, 178, 1401
3. Topper, Y. J. J. Biol. Chem. 1957, 225, 419.
4. Rose, I. A.; O'Connell, E. L. J. Biol. Chem. 1961, 236, 3086.
5. Rose, I. A. Mechanism of the Aldose-Ketose Isomerase Reacttons; John Wiley & Sons: New York, 1975; Vol. 43.
6. Jeffery, C. J. Trends Biochem. Sci. 1999, 24, 8.
7. Copley, S. D. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 265.
8. Jeffery, C. J.; Brian, J. B.; Wade, C.; Tagmer, R.; Gregory, A. P. Biochemistry 2000, 39, 955.
9. Chaput, M.; Claes, V.; Portetelle, D.; Cludts, I.; Cravador, A.; Burny, A.; Gras, H.; Tartar, A. Nature 1988, 332, 454.
10. Faik, P.; Walker, J. I.; Redmill, A. A.; Morgan, M. J. Nature 1988, 332, 455.
11. Watanabe, H.; Takehana, K.; Date, M.; Shinozaki, T.; Raz, A. Cancer Res. 1996, 56, 2960.
12. Xu, W.; Seiter, K.; Feldman, E.; Ahmed, T.; W., C. J. Blood 1996, 87, 4502.
13. Seeholzer, S. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 1237.
14. Hansen, T.; Oehlmann, M.; Schönheit, P. J. Bacteriol. 2001, 183, 3428.
15. Hansen, T.; Schlichting, B.; Grötzinger, J.; Swan, M. K.; Davies, C.; Schönheit, P. FEBS J. 2005, 272, 6266.
16. Hansen, T.; Schlichting, B.; Felgendreher, M.; Schönheit, P. J. Bacteriol. 2005, 187, 1621.
17. Meng, M.; Chen, Y. T.; Hsiao, Y. Y.; Itoh, Y.; Bagdasarian, M. Eur. J. Biochem. 1998, 257, 500.
18. Sun, Y. J.; Chou, C. C.; Chen, W. S.; Wu, R. T.; Meng, M. S.; Hsiao, C. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 5412.
19. Dunwell, J. M.; Khuri, S.; Gane, P. J. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2000, 64, 153.
20. Lee, J. H.; Chang, K. Z.; Patel, V.; Jeffery, C. J. Biochemistry 2001, 40, 7799.
21. Read, J.; Pearce, J.; Li, X. C.; Muirhead, H.; Chirgwin, J.; Davies, C. J. Mol. Biol. 2001, 309, 447.
22. Jeffery, C. J.; Hardre, R.; Salmon, L. Biochemistry 2001, 40, 1560.
23. Arsenieva, D.; Hardre, R.; Salmon, L.; Jeffery, C. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 5872.
24. Arsenieva, D.; Jeffery, C. J. J. Mol. Biol. 2002, 323, 77.
25. Swan, M. K.; Hansen, T.; Schonheit, P.; Davies, C. Proteins Pept. Lett. 2003, 10, 517.
26. Davies, C.; Muirhead, H.; Chirgwin, J. Acta Crystallogr. D 2003, 59, 1111.
27. Richards, G. P. Biochem Biophys. Acta 2004, 1702, 89.
28. Swan, M. K.; Hansen, T.; Schonheit, P.; Davies, C. J. Biol. Chem. 2004, 279, 39838.
29. Lee, J.; Jeffery, C. J. Protein Sci. 2004, 14, 727.
30. Milewski, S.; Janiak, A.; Wojciechowski, M. Arch. Biochem. Biophys. 2006, 450, 39.
31. Swan, M. K.; Graham Solomons, J. T.; Beeson, C. C.; Hansen, T.; Schönheit, P.; Davies, C. J. Biol. Chem. 2003, 278, 47261.
32. Berrisford, J. M.; Akerboom, J.; Turnbull, A. P.; de Geus, D.; Sedelnikova, S. E.; Staton, I.; McLeod, C. W.; Verhees, C. H.; van der Oost, J.; Rice, D. W.; Baker, P. J. J. Biol. Chem. 2003, 278, 33290.
33. Swan, M. K.; Hansen, T.; Schonheit, P.; Davies, C. Biochemistry 2004, 43, 14088.
34. Graham Solomons, J. T.; Zimmerly, E. M.; Burns, S.; Krishnamurthy, N.; Swan, M. K.; Krings, S.; Muirhead, H.; Chirgwin, J.; Davies, C. J. Mol. Biol. 2004, 342, 847.
35. Berrisford, J. M.; Hounslow, A. M.; Akerboom, J.; Hagen, W. R.; Brouns, S. J. J.; van der Oost, J.; Murray, I. A.; Blackburn, G. M.; Waltho, J. P.; Rice, D. W.; Baker, P. J. J. Mol. Biol. 2006, 358, 1353.
36. Verhees, C. H.; Huynen, M. A.; Ward, D. E.; Schiltz, E.; de Vos, W. M.; van der Oost, J. J. Biol. Chem. 2001, 276, 40926.
37. Jeong, J. J.; Fushinobu, S.; Ito, S.; Jeon, B. S.; Shoun, H.; Wakagi, T. FEBS Lett. 2003, 535, 200.
38. Berrisford, J. M.; Akerboom, J.; Brouns, S.; Sedelnikova, S. E.; Turnbull, A. P.; van der Oost, J.; Salmon, L.; Hardre, R.; Murray, I. A.; Blackburn, G. M.; Rice, D. W.; Baker, P. J. J. Mol. Biol. 2004, 343, 649.
39. Whitlow, M.; Howard, A. J.; Finzel, B. C.; Poulos, T. L.; Winbourne, E.; Gilliland, G. L. Proteins 1991, 9, 153.
40. Cordeiro, A. T.; Michels, P. A. M.; Delboni, L. F.; Thiemann, O. H. Eur. J. Biochem. 2004, 271, 2765.
41. Lavie, A.; Allen, K. N.; Petsko, G. A.; Ringe, D. Biochemistry 1994, 33, 5469.
42. Garcia-Viloca, M.; Alhambra, C.; Truhlar, D. G.; Gao, J. L. J. Comput. Chem. 2003, 24, 177.
43. Garcia-Viloca, M.; Poulsen, T. D.; Truhlar, D. G.; Gao, J. L. Protein Sci. 2004, 13, 2341.
44. Poulsen, T. D.; Garcia-Viloca, M.; Gao, J. L.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9567.
45. Satoh, A.; Nakajima, Y.; Miyahara, I.; Hirotsu, K.; Tanaka, T.; Nishina, Y.; Shiga, K.; Tamaoki, H.; Setoyama, C.; Miura, R. J. Biochem. 2003, 134, 297.
46. Bhattacharyya, S.; Stankovich, S.; Truhlar, D. G.; Gao, J. L. Biochemistry 2005, 44, 16549.
47. Eisenmesser, E. Z.; Bosco, D. A.; Akke, M.; Kern, D. Science 2002, 295, 1520.
48. Eisenmesser, E. Z.; Millet, O.; Labeikovsky, W.; Korzhnev, D. M.; Wolf-Watz, M.; Bosco, D. A.; Skalicky, J. J.; Kay, L. E.; Kern, D. Nature 2005, 438, 117.
49. Benkovic, S. J.; Hammes-Schiffer, S. Science 2003, 301, 1196.
50. Garcia-Viloca, M.; Gao, J.; Karplus, M.; Truhlar, D. G. Science 2004, 303, 186.
51. Agarwal, P. K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15248.
52. Warshel, A. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2003, 32, 425.
53. Karplus, M.; Kuriyan, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 6679.
54. Hammes-Schiffer, S. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 93.
55. König, P. H.; Ghosh, N.; Hoffmann, M.; Elstner, M.; Tajkhorshid, E.; Frauenheim, T.; Cui, Q. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 548.
56. Lin, Y.; Cao, Z.; Mo, Y. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10876.
57. Lahiri, S. D.; Zhang, G.; Dunaway-Mariano, D.; Allen, K. N. Science 2003, 299, 2067.
58. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminafhan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
59. MacKerell, A. D., Jr.; et al. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586.
60. van Gunsteren, W. F.; Berendsen, H. J. C. Mol. Phys. 1977, 34, 1311.
61. Bakowies, D.; Thiel, W. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10580.
62. de Vries, A. H.; Sherwood, P.; Collins, S. J.; Rigby, A. M.; Rigutto, M.; Kramer, G. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6133.
63. Sherwood, P.; de Vries, A. H.; Collins, S. J.; Greatbanks, S. P.; Burton, N. A.; Vincent, M. A.; Hillier, I. H. Faraday Discuss. 1997, 106, 79.
64. Sherwood, P.; et al. Theochem - J. Mol. Struct. 2003, 632, 1.
65. Ahlrichs, R.; Bar, M.; Haser, M.; Horn, H.; Kolmel, C. Chem. Phys. Lett. 1989, 162, 165.
66. Smith, W.; Forester, T. R. J. Mol. Graph. 1996, 14, 136.
67. Billeter, S. R.; Turner, A. J.; Thiel, W. PCCP 2000, 2, 2177.
68. Stewart, J. J. P. J. Comput. Chem. 1989, 10, 209.
69. Stewart, J. J. P. J. Comput. Chem. 1989, 10, 221.
70. Thiel, W. MNDO99,version 6.1; Max-Planck-Institut für Kohlenforschung: Mülheim an der Ruhr, Germany, 2003.
71. Beveridge, D. L.; Dicapua, F. M. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1989, 18, 431.
72. Straatsma, T. P.; McCammon, J. A. J. Chem. Phys. 1991, 95, 1175.
73. Senn, H. M.; Thiel, S.; Thiel, W. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 494.
74. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
75. Nosé, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511.
76. Nosé, S. Mol. Phys. 1984, 52, 255.
77. Schiferl, S. K.; Wallace, D. C. J. Chem. Phys. 1985, 83, 5203.
78. Shapiro, S. S.; Wilk, M. B. Biometrika 1965, 52, 591.
79. von Neumann, J. Ann. Math. Stat. 1941, 12, 367.
80. Frisch, M. J. Gaussian 03, revision C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
81. Melander, L.; Sauders, W. H., Jr. Reaction Rates of Isotopic Molecules; Robert E. Krieger Publishing Co.: Malabar, FL, 1987.
82. Rose, I. A.; O'Connell, E. L. Biochim. Biophys. Acta 1960, 42, 159.
83. Xiao, J. F.; Guo, Z. R.; Guo, Y. S.; Chu, F. M.; Sun, P. Y. J. Mol. Graph. Model. 2006, 25, 289.
84. Lau, E. Y.; Kahn, K.; Bash, P. A.; Bruice, T. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 9937-9942.
85. Zhang, X.; Bruice, T. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 18356.
86. Suárez, D.; Merz, K. M., Jr J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3759.
87. Smedarchina, Z.; Siebrand, W.; Fernández-Ramos, A.; Cui, Q. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 243.