Fluorescence quenching induced by conformational fluctuations in unsolvated polypeptides

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 112, Issue 40, 2008, Pages 12801-12815

  Shi, Xiangguo ^a   Duft, Denis ^a   Parks, Joel H ^a  

^a HARVARD UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINES; AMINO ACIDS; DYNAMICS; ELECTROLYSIS; ELECTROSPRAY IONIZATION; ELECTROSTATICS; FLOW INTERACTIONS; FLUORESCENCE; IONS; LIGHT EMISSION; LUMINESCENCE; MOLECULAR DYNAMICS; PULSED LASER APPLICATIONS; QUANTUM CHEMISTRY; RATE CONSTANTS; REACTION KINETICS; SEPARATION;

ACTIVATION BARRIERS; ARG RESIDUES; ARRHENIUS MODELS; COLLECTIVE MOTIONS; CONFORMATIONAL DYNAMICS; CONFORMATIONAL FLUCTUATIONS; CONSISTENT; DATA FITS; ELECTRON TRANSFER REACTIONS; ELECTROSTATIC FIELDS; ELECTROSTATIC INTERACTIONS; EXOTHERMICITY; EXPERIMENTAL MEASUREMENTS; FLUORESCENCE LIFETIMES; FLUORESCENCE QUENCHING; INTRAMOLECULAR INTERACTIONS; ION ENSEMBLES; LIFE-TIMES; LOCAL PROBES; MD SIMULATIONS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; PEPTIDE IONS; PEPTIDE SEQUENCES; POLYPROLINE; PREFACTOR; PULSED LASERS; QUADRUPOLE ION TRAPT; QUENCHING MECHANISMS; QUENCHING RATES; SIDE CHAINS; TEMPERATURE DEPENDENCES; TIME-RESOLVED;

QUENCHING;

EID: 54549115916     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp8033598     Document Type: Article

References (111)

1. Kinnear, B. S.; Hartings, M. R.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5660-5667.
2. Badman, E. R.; Hoaglund-Hyzer, C. S.; Clemmer, D. E. Anal. Chem. 2001, 73, 6000-6007.
3. Myung, S.; Badman, E. R.; Lee, Y. J.; Clemmer, D. E. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 9976-9982.
4. Kaleta, D. T.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7186-7187.
5. Bernstein, S. L.; Wyttenbach, T.; Baumketner, A.; Shea, J.-E.; Bilan, G.; Teplow, D. B.; Bowers, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2075-2084.
6. Robinson, E. W.; Williams, E. R. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2005, 16, 1427-1437.
7. Gross, D. S.; Schnier, P. D.; Rodriguez-Cruz, S. E.; Fagerquist, C. K.; Williams, E. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 3143-3148.
8. McLafferty, F. W.; Guan, Z.; Haupts, U.; Wood, T. D.; Kelleher, N. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4732-4740.
9. (a) Dunbar, R. C. Mass Spectrom. Rev 2004, 23, 127-158.
10. (b) Price, W. D.; Schnier, P. D.; Williams, E. R. Anal. Chem. 1996, 68, 859-866.
11. Zubarev, R. A.; Kelleher, N. L.; McLafferty, F. W. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 3265-3266.
12. Syka, J. E. P.; Coon, J. J.; Schroeder, M. J.; Shabanowitz, J.; Hunt, D. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 9528-9533.
13. Oh, H.; Breuker, K.; Sze, S. K.; Ge, Y.; Carpenter, B. K.; McLafferty, F. W. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 2002, 99, 15863-15868.
14. Oomens, J.; Polfer, N.; Moore, D. T.; van der Meer, L.; Marshall, A. G.; Eyler, J. R.; Meijer, G.; von Helden, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 1345-1348.
15. Iavarone, A. T.; Meinen, J.; Schulze, S.; Parks, J. H. Int. J. Mass Spectrom. 2006, 253, 172-180.
16. Iavarone, A. T.; Duft, D.; Parks, J. H. J. Phys. Chem. 2006, 110, 12714-12727.
17. Iavarone, A. T.; Patriksson, A.; van der Spoel, D.; Parks, J. H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6726-6735.
18. Vitkup, D.; Ringe, D.; Petsko, G. A.; Karplus, M. Nature Struct. Biol. 2000, 7, 34-38.
19. Ringe, D.; Petsko, G. A. Biophys. Chem. 2003, 105, 667-680.
20. Danell, A. S.; Parks, J. H. Int. J. Mass Spectrom. 2003, 229, 35-45.
21. http://probes.invitrogen.com, accessed 3/25/08.
22. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225-11236.
23. Ryckaert, J. P. Mol. Phys. 1985, 55, 549-556.
24. Polak, E.; Ribiere, G. Revue Fr. Inf. Rech. Oper., Serie Rouge 1969, 16-R1, 35.
25. Tsallis, C.; Stariolo, D. A. Physica A 1996, 233, 395-406.
26. Wegewijs, B.; Hermant, R. M.; Verhoeven, J. W.; Kunst, A. G. M.; Rettschnick, R. P. H. Chem. Phys. Lett. 1987, 140, 587-590.
27. Oevering, H.; Paddon-Row, M. N.; Heppener, M.; Oliver, A. M.; Cotsaris, E.; Verhoeven, J. W.; Hush, N. S. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3258-3269.
28. Jortner, J.; Bixon, M.; Wegewijs, B.; Verhoeven, J. W.; Rettschnick, R. P. H. Chem. Phys. Lett. 1993, 205, 451-455.
29. Larsen, R. W.; Omdal, D. H.; Jasuja, R.; Niu, S. L.; Jameson, D. M. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 8012-8020.
30. (a) Zhou, J. S.; Kostic, N. M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10796-10804.
31. (b) Qin, L.; Kostic, N. M. Biochemistry 1993, 32, 6073-6080.
32. (c) Qin, L.; Kostic, N. M. Biochemistry 1994, 33, 12592-12599.
33. Brunschwig, B. S.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1989, 11, 7454-7465.
34. Hoffman, B. M.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6237-6243.
35. Koeniger, S. L.; Merenbloom, S. L; Sevugarajan, S.; Clemmer, D. E. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11713-11719.
36. Ibenpr, I. E. T.; Braunstein, D.; Doster, W.; Frauenfelder, H.; Hong, M. K.; Johnson, J. B.; Luck, S.; Ormos, P.; Schulte, A.; Steinbach, P. J.; Xie, A. H.; Young, R. D. Phys. Rev. Lett 1989, 62, 1916-1919.
37. Tilton, R. F.; Dewan, J. C.; Petsko, G. A. Biochemistry 1992, 31, 2469-2481.
38. Rasmussen, B. F.; Stock, A. M.; Ringe, D.; Petsko, G. A. Nature 1992, 357, 423-424.
39. Doster, W.; Cusack, S.; Petry, W. Nature 1989, 337, 754-756.
40. Smith, J.; Kuczera, K.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 1601-1605.
41. Loncharich, R. J.; Brooks, B. R. J. Mol. Biol. 1990, 215, 439-455.
42. Toumier, A. L.; Xu, J.; Smith, J. C. Biophys. J. 2003, 85, 1871-1875.
43. Guvench, O.; MacKerell, A. D. In Molecular Modeling of Proteins Methods in Molecular Biology; Kukol, A., Ed.; Humana Press: Totowa, NJ, 2008; Vol. 443.
44. Mackerell, A. D., Jr.; Feig, M.; Brooks, C. L., III. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1400-1415.
45. Koehl, P. Curr. Opin. Struct. Bio. 2006, 16, 142-151.
46. Patel, S.; Mackerel, A. D., Jr.: Brooks, C. L., III. 7. Comput. Chem. 2004, 25, 1504-1514.
47. Chenoweth, K.; van Duin, A. C. T.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 1040-1053.
48. Sagui, C.; Pedersen, L. G.; Darden, T. A. J. Chem. Phys. 2004, 120, 73-87.
49. Counterman, A. E.; Clemmer, D. E. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4885-4898.
50. (a) Cowan, P. M.; McGavin, S. Nature 1955, 176, 501-503.
51. (b) Schimmel, P. R.; Flory, P. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1967, 58, 52-59.
52. Wood, T. D.; Chorush, R. A.; Wampler, P.M., III.; Lirrle, D. P.; O'connor, P. B.; McLafferty, F. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 2451-2454.
53. Suckau, D.; Shi, Y.; Beu, S. C.; Senko, M. W.; Quinn, J. P.; Wampler, F. M., III.; McLafferty, F. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 790-793.
54. Clemmer, D. E.; Hudgins, R. R.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 10141-10142.
55. Hudgins, R. R.; Ratner, M. A.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12974-12975.
56. Hudgins, R. R.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 3494-3501.
57. (a) Compagnon, I.; Hagemeister, F. C.; Antoine, R.; Rayane, D.; Broyer, M.; Dugourd, P.; Hudgins, R. R.; and Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8440-8441.
58. (b) Antoine, R.; Compagnon, I.; Rayane, D.; Broyer, M.; Dugourd, P.; Breaux, G.; Hagemeister, F. C.; Pippen, D.; Hudgins, R. R.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6737-6741.
59. Voges, D.; Karshikoff, A. J. Chem. Phys. 1998, 108, 2219-2227.
60. Song, X. J. Chem. Phys. 2002, 116, 9359-9363.
61. Schnier, P. D.; Gross, D. S.; Williams, E. R. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6747-6757.
62. Lockhart, D. J.; Boxer, S. G. Chem. Phys. Lett. 1988, 144, 243-250.
63. Eyring, H.; Henderson, D.; Stover, B. J.; Eyring, E. M. Statistical Mechanics and Dynamics, 2nd Ed.; John Wiley and Sons: New York, 1982.
64. Lapidus, L. J.; Eaton, W. A.; Hofrichter, J. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 7220-7225.
65. Thompson, P. A.; Muñoz, V.; Jas, G. S.; Henry, E. R.; Eaton, W. A.; Hofrichter, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 378-389.
66. Jas, G. S.; Eaton, W. A.; Hofrichter, J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 261-272.
67. Hagen, S. J.; Carswell, C. W.; Sjolander, E. M. J. Mol Biol. 2001, 305, 1161-1171.
68. Hudgins, R. R.; Huang, F.; Gramlich, G.; Nau, W. M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 556-564.
69. Marmé, N.; Knemeyer, J.-P.; Sauer, M.; Wolfrum, J. Bioconjugate Chem. 2003, 14, 1133-1139.
70. Neuweiler, H.; Schulz, A.; Böhmer, M.; Enderlein, J.; Sauer, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5324-5330.
71. Vaiana, A. C.; Neuweiler, H.; Schulz, A.; Wolfram, J.; Sauer, M.; Smith, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14564-14572.
72. (a) Jones, G., II.; Zhou, X.; Vullev, V. I. Photochem. Photobiol. Sci 2003, 2, 1080-1087.
73. (b) Jones, G., D.; Lu, L. N.; Fu, H.; Catie, W.; Farahat, C. W.; Oh, C.; Greenfield, S. R.; Gosztola, D. J.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 572-581.
74. Huang, F.; Hudgins, R. R.; Nau, W. M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16665-16675.
75. Doose, S.; Neuweiler, H.; Sauer, M. ChemPhysChem. 2005, 6, 2277-2285.
76. Neuweiler, H.; Doose, S.; Sauer, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 16650-16655.
77. Neuweiler, H.; Sauer, M. Curr. Pharm. Biotech. 2004, 5, 285-298.
78. Yang, H.; Luo, G.; Karnchanaphanurach, P.; Louie, T.-M.; Rech, I.; Cova, S.; Xun, L.; Xie, X. S. Science 2003, 302, 262-266.
79. Gray, H. B.; Winkler, J. R. Annu. Rev. Biochem. 1996, 65, 537-561.
80. Moser, C. C.; Keske, J. M.; Warncke, K.; Farid, R. S.; Dutton, P. L. Nature 1992, 355, 796-802.
81. (a) Teki, Y.; Tamekuni, H.; Takeuchi, J.; Miura, Y. Angew. Chem. 2006, 118, 4782-4786.
82. (b) Teki, Y.; Tamekuni, H.; Takeuchi, J.; Miura, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4666-4670.
83. Rehm, D.; Weller, A. Isr. J. Chem. 1970, 8, 259-271.
84. Seidel, C. A. M.; Schulz, A.; Sauer, M. H. M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 5541-5553.
85. Grabowski, Z. R.; Grabowska, A. Z. Phys.Chem. N. F. 1976, 101, 197-208.
86. DeFelippis, M. R.; Murthy, C. P.; Broitman, F.; Weinraub, D.; Faraggi, M.; Klapper, M. H. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3416-3419.
87. Rhem, D.; Weller, A. Z. Phys. Chem. 1970, 69, 183-200.
88. Bixon, M.; Jortner, J. Electron Transfer-From Isolated Molecules to Biomolecules (Advances in Chemical Physics); Jortner, J., Bixon, M., Eds.; Wiley: New York, NY, 1999; Vol. 106, pp 35-235.
89. Jortner, J.; Bixon, M.; Heitele, H.; and Michel-Beyerle, M. E. Chem. Phys. Lett. 1992, 197, 131-135.
90. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1956, 24, 966-978.
91. Marcus, R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1964, 15, 155-196.
92. Bixon, M.; Jortner, J. J. Chem. Phys. 1968, 48, 715-726.
93. Jortner, J.; Mukamel, S. In MTP international review of science; Buckingham, A. D., Coulson, C. A., Eds.;Butterworth: London, 1976; pp 327-351.
94. Felker, P. M.; Syage, J. A.; Lambert, W. R.; Zewail, A. H. Chem. Phys. Lett. 1982, 92, 1-3.
95. Syage, J. A.; Felker, P. M.; Zewail, A. H. J. Chem. Phys. 1984, 81, 2233-2256.
96. van Dantzig, N. A.; Shou, H.; Alfano, J. C.; Yang, N. C.; Levy, D. H. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7066-7078.
97. Borisevich, N. A.; Ivanov, A. L.; Kazakov, S. M.; Kukhto, A. V.; Mit'kovets, A. I.; Murtazaliev, D. V.; Povedailo, V. A.; Khristoforov, O. V. J. Appl. Spectrosc. 2005, 72, 503-508.
98. Ulrich, G.; Ziessel, R.; Harriman, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 1184-1201.
99. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. 1988, 92, 7148-7156.
100. Tanaka, S.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 5031-5045.
101. (a) Popovic, Z. D.; Kovacs, G. J.; Vincett, P. S.; Algeria, G.; Dutton, P. L. Chem. Phys. 1986, 110, 227-237.
102. (b) Popovic, Z. D.; Kovacs, G. J.; Vincett, P. S.; Algeria, G.; Dutton, P. L. Biochim. Biophys. Acta 1986, 851, 38-46.
103. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13061-13066.
104. Bixon, M.; Jortner, J.; Codes, J.; Heitele, H.; Michel-Beyerle, M. E. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7289-7299.
105. Joran, A. D.; Leland, B. A.; Felker, P. M.; Zewail, A. H.; Hopfield, J. J.; Dervan, P. B. Nature 1987, 327, 508-511.
106. Campbell, S.; Beauchamp, J. L.; Rempe, M.; Lichtenberger, D. L. Int. J. Mass. Spectrom. Ion Processes 1992, 117, 83-99.
107. Briegleb, G. Angew. Chem., Int. Edit. 1964, 3, 617-632.
108. Siders, P.; Cave, R. J.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1984, 81, 5613-5624.
109. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed.; Springer: New York, 2006.
110. Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. Principles of Instrumental Analysis, 6th ed.; Brooks-Cole: New York, 2006.
111. Torimura, M.; Kurata, S.; Yamada, K.; Yokomaku, T.; Kamagata, Y.; Kanagawa, T.; Kurane, R. Jpn. Soc. Anal. Sciences 2001, 17, 155-160.