Quantum-chemical calculations of a long proton wire. Application of a harmonic model to analysis of the structure of an ionic defect in a water chain with an excess proton

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 114, Issue 5, 2010, Pages 2201-2212

  Isaev, Alexander N ^a  

^a N D ZELINSKY INSTITUTE OF ORGANIC CHEMISTRY   (Russian Federation)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO; AB INITIO AND SEMIEMPIRICAL CALCULATIONS; DIFFERENT MECHANISMS; HARMONIC MODEL; HYDROGEN ATOMS; IONIC DEFECTS; MOLECULAR COMPLEXES; O-H BOND; POSITIVE CHARGES; PROTON WIRE; PROTONATED; QUANTUM-CHEMICAL CALCULATION; SEMI-EMPIRICAL;

DEFECT STRUCTURES; ELECTRONIC STRUCTURE; HARMONIC ANALYSIS; HYDROGEN BONDS; PROTONS; QUANTUM CHEMISTRY; WATER ANALYSIS; WIRE; ZINC;

IONIZATION OF LIQUIDS;

AMMONIA; ION; PROTON; WATER; ZINC;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; HYDROGEN BOND; QUANTUM THEORY;

AMMONIA; COMPUTER SIMULATION; HYDROGEN BONDING; IONS; MODELS, CHEMICAL; MOLECULAR STRUCTURE; PROTONS; QUANTUM THEORY; WATER; ZINC;

EID: 77249173275     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp908259p     Document Type: Article

References (73)

1. Nagle, J. F.; Morowitz, H. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1978, 75, 298.
2. Agmon, N. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 456.
3. Marx, D.; Tuckerman, M. E.; Hutter, J.; Parrinello, M. Nature 1999, 397, 601.
4. Pomes, R.; Roux, B. Biophys. J. 1998, 75, 33.
5. Decornez, H.; Drukker, K.; Hammes-Schiffer, S. J. Phys. Chem. A. 1999, 103, 2891.
6. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem Phys. 1999, 111, 936.1.
7. Sham, Y. Y.; Muegge, I.; Warshel, A. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1999, 36, 484.
8. (a) Wikström, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 480.
9. (b) Bondar, A.-N.; Baudry, J.; Suhai, S.; Fischer, S.; Smith, J. C. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 14729.
10. See, for example: (a) Hofacker, I.; Schulten, K. Proteins; Struct., Funct., Genet. 1998, 30, 100.
11. (b) Iwata, S.; Ostermeier, C.; Ludwig, B.; Michel, H. Nature 1995, 376, 660.
12. (c) Pomes, R.; Hummer, G.; Wikstrom, M. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1365, 225.
13. (d) Wikstrom, M.; Verkhovsky, M.; Hummer, G. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1604, 61.
14. (e) Namslauer, A.; Lepp, H.; Braenden, M.; Jasaitis, A.; Verkhovsky, M. I.; Brzezinski, P. J. Biol. Chem. 2007, 282, 15148.
15. Rastogi, V. K.; Girvin, M. E. Nature 1999, 402, 263.
16. (a) Stowell, M. H. B.; McPhillips, T. M.; Rees, D. C.; Soltis, S. M.; Abresch, E.; Feher, G. Science 1997, 276, 812.
17. (b) Kozlova, M. A.; Juhnke, H. D.; Cherepanov, D. A.; Lancaster, C. R. D.; Mulkidjanian, A. Y. FEBS Lett. 2008, 582, 238.
18. (a) Akeson, M.; Deamer, D. W. Biophys. J. 1991, 60, 101.
19. (b) Sagnella, D. E.; Laasonen, K.; Klein, M. L. Biophys. J. 1996, 71, 1172.
20. Dodgson, S. J.; Tashian, R. E.; Gross, G.; Carter, N. D. In The Carbonic Anhydrases; Plenum. Press: New York, 199.1.
21. Shearer, G. L.; Kim, K.; Lee, K. M.; Wang, C. K.; Plapp, B. V. Biochemistry 1993, 32, 11186.
22. (a) Zimmer, M. Chem. Rev. 2002, 102, 759.
23. (b) Lill, M. A.; Helms, V. Proc. Natl, Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 2778.
24. (c) Zhang, R.; Nguyen, M. T.; Ceulemans, A. Chem. Phys. Lett. 2005, 404, 250.
25. (d) Wang, S.; Smith., S. Chem. Phys. 2006, 526, 204.
26. (e) Vendrell, O.; Gelabert, R.; Moreno, M.; Lluch, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3564.
27. Vendrell, O.; Gelabert, R.; Moreno, M.; Lluch, J. M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 5500.
28. Vendrell, O.; Gelabert, R.; Moreno, M.; Lluch, J. M. J. Chem Theory Comput. 2008, 4, 1138.
29. See, for example: (a) Pinto, L. H.; Dieckmann, G. R.; Gandhi, C. S.; Parworth, C. G.; Braman, J.; Shaughnessy, M. A.; Lear, R. A.; DeGrado, W. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997, 94, 11301.
30. (b) Mould, J. A.; Li, H.-C.; Dudlak, C. S.; Lear, J. D.; Pekosz, A.; Lamb, R. A.; Pinto, L. H. J. Biol. Chem. 2000, 275, 8592.
31. (c) Schweighofer, K. J.; Pohorille, A. Biophys. J. 2000, 78, 150.
32. Akola, J.; Jones, R. O. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8121.
33. (a) Frank, R. A. W.; Titman, C. M.; Pratap, J. V.; Luisi, B. F.; Perham, R. N. Science 2004, 306, 872.
34. (b) Seifert, F.; Golbik, R.; Brauer, J.; Lilie, H.; Schroeder-Tittmann, K.; Hinze, E.; Korotchkina, L. G.; Patel, M. S.; Tittmann, K. Biochemistry 2006, 45, 12775.
35. (c) Cheng, V. W. T.; Johnson, A.; Rothery, R. A.; Weiner, J. H. Biochemistry 2008, 47, 9107.
36. Price, A. C.; Zhang, Y.-M.; Rock, C. O.; White, S. W. Structure 2004, 12, 417.
37. Kumaran, D.; Bonanno, J. B.; Burley, S. K.; Swaminathan, S. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2006, 64, 851.
38. Xu, J.; Voth, G. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 6795.
39. Henry, R. M.; Yu, C.-H.; Rodinger, T.; Pomes, R. J. Mol. Biol. 2009, 387, 1165.
40. Smondyrev, A. M.; Voth, G. A. Biophys. J. 2002, 83, 1987.
41. Chen, H.; Wu, Y.; Voth, G. A. Biophys. J. 2007, 93, 3470.
42. (a) Shinobu, A.; Agmon, N. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7253.
43. (b) Leiderman, P.; Huppert, D.; Agmon, N. Biophys. J. 2006, 90, 1009.
44. Agarwal, P. K.; Webb, S. P.; Hammes-Schiffer, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4803.
45. Cui, Q.; Elstner, M.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 1111.
46. Cui, Q.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1071.
47. Pomès, R.; Roux, B. Biophys. J. 2002, 82, 2304.
48. Till, M. S.; Essigke, T.; Becker, T.; Ullmann, G. M. J. Phys.. Chem. B 2008, 112, 13401.
49. Wu, Y.; Voth, G. A. Biophys. J. 2003, 85, 864.
50. Isaev, A. N. Ems. J. Phys. Chem. A 2007, 81, 924.
51. Isaev, A.; Kar, T.; Scheiner, S. Int. J. Quantum Chem. 2008, 108, 607.
52. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. 1988, B 37, 785.
53. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
54. Latajka, Z.; Bouteiller, Y. J. Chem. Phys. 1994, 101, 9793.
55. Kim, K.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10089.
56. Del Bene, J. E.; Person, W. B.; Szczepaniak, K. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10705.
57. Rablen, P. R.; Lockman, J. W.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 3782.
58. Stewart, J. J. P. Comput. Chem. 1989, 10, 209.
59. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C. Pople, J. A. Gaussian 03, Revision B.03; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
60. (a) Isaev, A.; Scheiner, S. J. Phys. Chem B 2001, 105, 6420.
61. (b) Isaev, A. N. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2002, 582, 195.
62. Isaev, A. N. J. Mol. Struct: THEOCHEM 1999, 490, 249.
63. Isaev, A. N. Rulls. J. Coord. Chem. (Koord. Khim.) 1994, 20, 731.
64. Antonchenko, V. A.; Davydov, A. S.; Zolotaryuk, A. V. Phys. Status Salidi B 1983, 115, 631.
65. Kashimori, Y.; Kikuchi, T.; Nishimoto, K. J. Chem. Phys. 1982, 77, 1904.
66. Kryachko, E. S. Solid State Commun. 1988, 65, 1609.
67. Godzik, A. Chem. Phys. Lett. 1990, 171, 111.
68. Karpan, V. M.; Zolotaryuk, Y.; Christiansen, P. L.; Zolotaryuk, A. V. Phys. Rev. E 2002, 66, 1.
69. Tuckerman, M.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1995, 103, 150.
70. Miloshevsky, G. V.; Jordan, P. C. Biophys. J. 2004, 87, 3690.
71. Jensen, M.; Röthlisberger, U.; Rovira, C. Biophys. J. 2005, 89, 1744.
72. See, for example: (a) Xie, Y.; Remington, R. B.; Schaefer, H. F., III J. Chem. Phys. 1994, 101, 4878.
73. (b) Mijoule, C.; Latajka, Z.; Borgis, D. Chem. Phys. Lett. 1993, 208, 364.