A conclusive mechanism of the photoinduced reaction cascade in blue light using flavin photoreceptors

Journal of the American Chemical Society

Volumn 130, Issue 37, 2008, Pages 12501-12513

  Sadeghian, Keyarash ^a   Bocola, Marco ^a   Schütz, Martin ^a  

^a UNIVERSITY OF REGENSBURG   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINO ACIDS; CHLORINE COMPOUNDS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ISOMERS; MECHANISMS; MOLECULAR MECHANICS; PHOTOEXCITATION; SPEED;

BINDING POCKETS; BIOLOGICAL ENVIRONMENTS; BLUE LIGHT; CONFORMATIONAL CHANGES; COUPLED CLUSTERS; EXCITED STATES; EXPERIMENTAL DATA; FIRST-PRINCIPLE CALCULATIONS; PHOTO-INDUCED REACTION; RESPONSE THEORY; SIGNALING STATES; TIME-DEPENDENT DENSITY;

CHROMOPHORES;

GLUTAMINE; QUERCETIN; TRYPTOPHAN;

ARTICLE; BLUE LIGHT; CHEMICAL BINDING; CHEMICAL REACTION; CHROMATOPHORE; CONFORMATION; CRYSTAL STRUCTURE; PHOTORECEPTOR;

BACTERIAL PROTEINS; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; FLAVIN MONONUCLEOTIDE; FLAVINS; FLAVOPROTEINS; MODELS, MOLECULAR; PHOTORECEPTORS, MICROBIAL; PROTEIN STRUCTURE, TERTIARY; QUANTUM THEORY; RHODOBACTER SPHAEROIDES;

EID: 51949088672     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja803726a     Document Type: Article

References (80)

1. Christie, J. M.; Briggs, W. R. J. Biol. Chem. 2001, 276, 11457.
2. van der Horst, M. A.; Hellingwerf, K. J. Acc. Chem. Res. 2004, 37, 13.
3. Hoff, W. D.; Jung, K. H.; Spudlich, J. L. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1997, 26, 223.
4. Quail, P. H. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 1998, 353, 1399.
5. Kort, R.; Hoff, W. D.; van West, M.; Kroon, A. R.; Hoffer, S. M.; Vlieg, K. H.; Crielaand, W.; Beeumen, J. J. V.; Hellingwerf, K. J. EMBO J. 1996, 15, 3209.
6. Huala, E.; Oeller, P. W.; Liscum, E.; Han, I. S.; Larsen, E.; Briggs, W. R. Science 1997, 278, 2120.
7. Swartz, T. E.; Corchnoy, S. B.; Christie, J. M.; Lewis, J. W.; Szundi, I.; Briggs, W. R.; Bogomolni, R. A. J. Biol. Chem. 2001, 276, 36493.
8. Crosson, S.; Moffat, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 2995.
9. Holzer, W.; Penzkofer, A.; Fuhrmann, M.; Hegemann, P. Photochem. Photobiol. 2002, 75, 479.
10. Ahmad, M.; Cashmore, A. R. Nature 1993, 366, 162.
11. Gomelsky, M.; Klug, G. Trends Biochem. Sci. 2002, 27, 497.
12. Kottke, T.; Heberle, J.; Hehn, D.; Dick, B.; Hegemann, P. Biophys. J. 2003, 84, 1192.
13. Briggs, W.; et al. Plant Cell 2001,13, 993.
14. Lin, C. Trends Plant Sci. 2000, 5, 337.
15. Cashmore, A.; Jarillo, J. A.; Wu, Y.-J.; Liu, D. Science 1999, 284, 760.
16. Masuda, S.; Bauer, C. Cell 2002, 110, 613.
17. Iseki, M.; Matsunaga, S.; Murakami, A.; Ohno, K.; Shiga, K.; Yoshida, K.; Sugai, M.; Takahashi, T.; Hori, T.; Watanabe, M. Nature 2002, 415, 1047.
18. Laan, W.; van der Horst, M. A.; van Stokkum, I. H.; Hellingwerf, K. J. Photochem. Photobiol. 2003, 78, 290.
19. Dragnea, V.; Waegele, M.; Balascuta, S.; Bauer, C.; Dragnea, B. Biochemistry 2005, 44, 15978.
20. Masuda, S.; Hasegawa, K.; Ono, T.-A. Biochemistry 2005, 44, 1215.
21. Zirak, P.; Penzkofer, A.; Schiereis, T.; Hegemann, P.; Jung, A.; Schlichting, I. Chem. Phys. 2005, 315, 142.
22. Gauden, M.; Grinstead, J. S.; Laan, W.; van Stokkum, I. H. M.; Avila-Perez, M.; Toh, K.; Boelens, R.; Kapstein, R.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K. J.; Kennis, J. T. M. Biochemistry 2007, 46, 7405.
23. Jung, A.; Domratcheva, T.; Tarutina, M.; Wu, Q.; Ko, W.-H.; Shoeman, R.; Gomelsky, M.; Gardner, K. H.; Schlichting, I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 12350.
24. Zirak, P.; Penzkofer, A.; Hegemann, T. S. P.; Jung, A.; Schlichting, I. Photochem. Photobiol., B 2006, 83, 180.
25. Yuan, H.; Anderson, S.; Masuda, S.; Dragnea, V.; Moffat, K.; Bauer, C. Biochemistry 2006, 45, 12687.
26. Hasegawa, K.; Masuda, S.; Ono, T.-A. Biochemistry 2004, 43, 14979.
27. Masuda, S.; Hasegawa, K.; Ishii, A.; Ono, T.-A. Biochemistry 2004, 43, 5304.
28. Zirak, P.; Penzkofer, A.; Lehmpfuhl, C.; Mathes, T.; Hegemann, P. Photochem. Photobiol., B 2007, 86, 22.
29. Kita, A.; Okajima, K.; Morioto, Y.; Ikeuchi, M.; Miki, K. J. Mol. Biol. 2005, 349, 1.
30. Fukushima, Y.; Okajima, K.; Shibata, Y.; Ikeuchi, M.; Itoh, S. Biochemistry 2005, 44, 5149.
31. Okajima, K.; Fukushima, Y.; Suzuki, H.; Kita, A.; Ochiai, Y.; Katayama, M.; Shibata, Y.; Miki, K.; Noguchi, T.; Itoh, S.; Ikeuchi, M. J. Mol. Biol. 2006, 363, 10.
32. Gauden, M.; van Stokkum, I. H. M.; Key, J. M.; Lührs, D. C.; van Grondelle, R.; Hegemann, P.; Kennis, J. T. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 10895.
33. Laan, W.; Gauden, M.; Yeremenko, S.; van Grondelle, R.; Kennis, J. T. M.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 2006, 45, 51.
34. Unno, M.; Sano, R.; Masuda, S.; Ono, T.-A.; Yamauchi, S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 12620.
35. Anderson, S.; Dragnea, V.; Masuda, S.; Ybe, J.; Moffat, K.; Bauer, C. Biochemistry 2005, 44, 7998.
36. Laan, W.; van der Horst, M.; van Stokkum, I.; Hellingwerf, K. Photochem. Photobiol. 2003, 78, 290.
37. Zirak, P.; Penzkofer, A.; Hegemann, P.; Mathes, T. Chem. Phys. 2007, 335, 15.
38. Kraft, B. J.; Masuda, S.; Kikuchi, J.; Dragnea, V.; Tollin, G.; Zaleski, J. M.; Bauer, C. E. Biochemistry 2003, 42, 6726.
39. Fukushima, Y.; Okajima, K.; Ikeuchi, M.; Itoh, S. Photochem. Photobiol. 2007, 83, 112.
40. Domratcheva, T.; Grigorenko, B.; Schlichting, I.; Nemukhin, A. V. Biophys. J. 2008, 94, 3872.
41. Stelling, A. L.; Ronayne, K.; Nappa, J.; Tonge, P.; Meech, S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15556.
42. Senn, H. M.; Thiel, W. Top. Curr. Chem. 2007, 268, 173.
43. Ryckaert, J.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327.
44. MacKerell, A. D.; et al. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586.
45. Pavelites, J. J.; Gao, J. L.; Bash, P. A.; MacKerell, A. D. J. Comput. Chem. 1997, 18, 221.
46. Foloppe, N.; MacKerell, A. D. J. Comput. Chem. 2000, 21, 86.
47. MacKerell, A. D. J.; et al. FASEB J. 1992, 6A, 143.
48. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
49. Gerber, P. R. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1998, 12, 37.
50. Gerber, P. R.; Muller, K. J. Comput.-Aided. Mol. Des. 1995, 9 (3), 251.
51. Sherwood, P.; et al. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2003, 1, 632.
52. Smith, W.; Yong, C.; Rodger, P. Mol. Simul. 2002, 28, 385.
53. Billeter, S. R.; Turner, A. J.; Thiel, W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002, 2, 2177.
54. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
55. Schütz, M.; Werner, H.-J.; Lindh, R.; Manby, F. R. J. Chem. Phys. 2004, 121, 737.
56. Furche, F.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 7433.
57. Sadeghian, K.; Schütz, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4068.
58. Dreuw, A.; Weisman, J. L.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2943.
59. Tozer, D. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12697.
60. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372.
61. Christiansen, O.; Koch, H.; Jørgensen, P. Chem. Phys. Lett. 1995, 243, 409.
62. Hättig, C.; Weigend, F. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5154.
63. Ahlrichs, R.; Bär, M.; Horn, H.; Körnel, C. Chem. Phys. Lett. 1989, 162, 165.
64. Schäfer, A C. H.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1994, 100, 5829.
65. Werner, H.-J.; Knowles, P. J.; Lindh, R.; Manby, F.; Schütz, M.; et al. MOLPRO, a Package of ab Initio Programs, version 2006.2, 2006; see http://www.molpro.net.
66. Kendall, R. A.; Dunning, T. H.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796.
67. Grinstead, J. S.; Hsu, S. T.; Laan, W.; Bonvin, J. J. M. A.; Hellingwerf, K. J.; Boelens, R.; Kapstein, R. ChemBioChem 2006, 7, 187.
68. Grinstead, J. S.; Avila-Perez, M.; Hellingwerf, K. L.; Boelens, R.; Kapstein, R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15066.
69. Jung, A.; Reinstein, J.; Domratcheva, T.; Shoeman, R. L.; Schlichting, I. J. Mol. Biol. 2006, 362, 717.
70. Only in one monomer (D) of Slr1694 we find the Trp-92 inside the protein and next to Gln-51; however, there seems to be no H-bond interaction between these two residues.
71. Duvernay, F.; Chatron-Michaud, P.; Borget, F.; Birney, D.; Chiavassa, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1099.
72. Schemmel, D.; Schütz, M. J. Chem. Phys. 2008, 129, 034301.
73. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33-38.
74. Sicilia, F.; Blancafort, L.; Bearpark, M.; Robb, M. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 257.
75. Unno, M.; Masuda, S.; Ono, T.-A.; Yamauchi, S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5638.
76. Toh, K.; van Stokuum, I.; Hendriks, K.; Alexandre, M. T.; Arents, J. C.; Perez, M.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K.; Kennis, J. T. Biophys. J. 2008, 95, 312.
77. Masuda, S.; Hasegawa, K.; Ono, T.-A. Plant Cell Physiol. 2005, 46, 1894.
78. Gauden, M.; Yeremenko, S.; Laan, W.; van Stokkum, I. H. M.; Ihalainen, J. A.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K. J.; Kennis, J. T. M. Biochemistry 2005, 44, 3653.
79. Hoffmann, M.; Wanko, M.; Konig, P. S. P.; Frauenheim, T.; Schulten, K.; Thiel, W.; Tajkhorshid, E.; Elstner, M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10808.
80. Hazra, P.; Inoue, K.; Laan, W.; Hellingwerf, K. J.; Terazima, M. J. Phys. Chem. B 2007, 112, 1494.