The infrared spectra of the retinal chromophore in bacteriorhodopsin calculated by a dft/mm approach

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 30, 2009, Pages 10496-10508

  Babitzki, G ^a   Mathias, G ^a   Tavan, P ^a  

^a UNIVERSITY OF MUNICH   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; INFRARED SPECTROSCOPY; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR MECHANICS; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; VIBRATIONAL SPECTRA;

BACTERIORHODOPSIN (BR); BINDING POCKETS; CONFORMATIONAL SUBSTATES; EXPERIMENTAL DATA; FORCE FIELDS; HYBRID METHOD; INFRARED SPECTRUM; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; PHYSIOLOGICAL TEMPERATURE; PROTON PUMP; SPECTRAL CHANGE;

CHROMOPHORES;

EID: 67651207527     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp902432e     Document Type: Article

References (54)

1. Babitzki, G.; Denschlag, R.; Tavan, P. J. Phys. Chem. B. DOI: 10.1021/jp902428x.
2. Lanyi, J. K. Annu. Rev. Physiol. 2004, 66, 665-688.
3. Kühlbrandt, W. Nature 2000, 406, 569-570.
4. Schulten, K.; Tavan, P. Nature 1978, 272, 85-86.
5. Schulten, K.; Schulten, Z.; Tavan, P. An Isomerization Model for the Pump Cycle of Bacteriorhodopsin. In Information and Energy Transduction in Biological Membranes; Bolis, L., Helmreich, E. J. M., Passow, H., Eds.; Allan R. Liss, Inc.: New York, 1984.
6. Smith, S. O.; Myers, A.; Pardoen, J.; Winkel, C.; Mulder, P.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1984, 81, 2055-2059.
7. Alshuth, T. Kinetische und strukturelle Untersuchungen am Chromophor von Bacteriorhodopsin mit Hilfe zeitaufgelöster Resonanz-Raman-Spektroskopie. Doktorarbeit, Goerg-August Universität Göttingen, 1985.
8. Gerwert, K. Transduktion der Lichtenergie in Protonen-Transfer-Reaktionen beim Bacteriorhodopsin: Eine Untersuchung mit Hilfe der zeitaufgelösten IR- und statischen FTIR-Differenzspektroskopie. Doktorarbeit, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 1985.
9. Gerwert, K.; Siebert, F. EMBO J. 1986, 5, 805-811.
10. Fodor, S. P. A.; Pollard, W. T.; Gebhard, R.; van den Berg, E. M. M.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 2156-2160.
11. Groβjean, M. F.; Tavan, P.; Schulten, K. Eur. Biophys. J. 1989, 16, 341-349.
12. Fahmy, K.; Groβjean, M. F.; Siebert, F.; Tavan, P. J. Mol. Struct. 1989, 214, 257-288.
13. Hage, W.; Kim, M.; Frei, H.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 16026-16033.
14. Rödig, C.; Chizhov, I.; Weidlich, O.; Siebert, F. Biophys. J. 1999, 76, 2687-2701.
15. Lanyi, J. K. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1658, 14-22.
16. Lanyi, J. K.; Schobert, B. J. Mol. Biol. 2007, 365, 1379-1392.
17. Braiman, M.; Mathies, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982, 79, 403-407.
18. Bondar, A.-N.; Suhai, S.; Fischer, S.; Smith, J. C.; Elstner, M. J. Struct. Biol. 2007, 157, 454-469.
19. Royant, A.; Edman, K.; Ursby, T.; Pebay-Peyroula, E.; Landau, E. M.; Neutze, R. Nature 2000, 406, 569-570.
20. Lanyi, J. K.; Schobert, B. J. Mol. Biol. 2003, 328, 439-450.
21. Edman, K.; Royant, A.; Larsson, G.; Jacobson, F.; Taylor, T.; Van Der, S. D.; Landau, E. M.; Pebay-Peyroula, E.; Neutze, R. J. Biol. Chem. 2004, 297, 2147-2158.
22. Kouyama, T.; Nishikawa, T.; Tokuhisa, T.; Okumura, H. J. Mol. Biol. 2004, 335, 531-546.
23. Mak-Jurkauskas, M. L.; Bajaj, V. S.; Hornstein, M. K.; Belenky, M.; Griffin, R. G.; Herzfeld, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 883-888.
24. Fahmy, K.; Siebert, F.; Tavan, P. Biophys. J. 1991, 60, 989-1001.
25. Lórenz-Fonfría, V. A.; Furutani, Y.; Kandori, H. Biochemistry 2008, 47, 4071-4081.
26. Dioumaev, A. K.; Lanyi, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 9621-9626.
27. 1 transition has been first discussed in ref 5.
28. Bondar, A.-N.; Elstner, M.; Suhai, S.; Smith, J. C.; Fischer, S. Structure 2004, 12, 1281-1288.
29. Braun-Sand, S.; Sharma, P. K.; Chu, Z. T.; Pisliakov, A. V.; Warshel, A. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 441-452.
30. Diller, R.; Stockburger, M. Biochemistry 1988, 27, 7641-7651.
31. Eichinger, M.; Tavan, P.; Hutter, J.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 10452-10467.
32. The case of an unprotonated RSB featuring a polyene-like pattern of alternating single and double bonds is much simpler. Here, even an empirical modeling of the force field may be feasible. See, e.g., ref 54.
33. Curry, B.; Broek, A.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5274-5286.
34. Smith, S. O.; Myers, A.; Mathies, R.; Pardoen, J.; Winkel, C.; van den Berg, E.; Lugtenburg, J. Biophys. J. 1985, 47, 653-664.
35. Smith, S. O.; Braiman, M. S.; Myers, A. B.; Pardoen, J. A.; Courtin, J. M. L.; Winkel, C.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3108-3125.
36. Groβjean, M. F.; Tavan, P.; Schulten, K. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8059-8069.
37. Schmitz, M.; Tavan, P. On the art of computing the IR spectra of molecules in condensed phase. In Modern methods for theoretical physical chemistry of biopolymers; Starikov, E. B., Tanaka, S., Lewis, J., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2006.
38. Luecke, H.; Schobert, B.; Richter, H.-T.; Cartailler, J.-P.; Lanyi, J. K. J. Mol. Biol. 1999, 291, 899-911.
39. Hutter, J.; Alavi, A.; Deutsch, T.; Bernasconi, M.; Goedecker, S.; Marx, D.; Tuckerman, M.; Parinello, M. "CPMD V3.9", Copyright IBM Corp and MPI für Festkörperforschung Stuttgart, 2004; see www.cpmd.org.
40. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100.
41. Perdew, J.; Yue, W. Phys. Rev. B 1986, 33, 8800-8802.
42. Troullier, N.; Martins, J. L. Phys. Rev. B 1991, 43, 1993-2005.
43. Nonella, M.; Mathias, G.; Tavan, P. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8638-8647.
44. Nonella, M.; Mathias, G.; Eichinger, M.; Tavan, P. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 316-322.
45. Groβjean, M. F.; Tavan, P. J. Chem. Phys. 1988, 88, 4884-4896.
46. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1984, 5, 129-145.
47. MacKerell, A.; et al. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616.
48. Lansing, J. C.; Hohwy, M.; Jaroniec, C. P.; Creemers, A. F. L.; Lugtenburg, J.; Herzfeld, J.; Griffin, R. G. Biochemistry 2002, 41, 431-438.
49. Alshuth, T.; Stockburger, M. Photochem. Photobiol. 1986, 43, 55-66.
50. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
51. VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comput. Phys. Commun. 2005, 167, 103-128.
52. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B 1998, 58, 7260-7268.
53. Freddolino, P. L.; Liu, F.; Gruebele, M.; Schulten, K. Biophys. J. 2008, 94, L75-L77.
54. Ames, J. B.; Fodor, S. P. A.; Gebhard, R.; Raap, J.; van den Berg, E. M. M.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. Biochemistry 1989, 28, 3681-3687.