QM/MM study of the absorption spectra of DsRed.M1 chromophores

Journal of Computational Chemistry

Volumn 31, Issue 8, 2010, Pages 1603-1612

  Sanchez Garcia, Elsa ^a   Doerr, Markus ^a   Thiel, Walter ^a  

^a MAX PLANCK INSTITUT FÜR KOHLENFORSCHUNG   (Germany)

Author keywords

Absorption spectra; DFT MRCI; Excited states; OM2; QM MM; Red fluorescent protein; TDDFT

Indexed keywords

BLUE SHIFT; CAS-SCF; ELECTROSTATIC INTERACTIONS; EXPERIMENTAL SPECTRA; FLUORESCENT PROTEIN; GASPHASE; GREEN CHROMOPHORE; MOLECULAR DYNAMICS TRAJECTORIES; QUANTUM MECHANICAL/MOLECULAR MECHANICAL; RED FLUORESCENT PROTEINS; STRUCTURAL CHANGE; VERTICAL EXCITATION ENERGY;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; EXCITATION ENERGY; EXCITED STATES; FLUORESCENCE; GAS ABSORPTION; LIGHT ABSORPTION; MOLECULAR DYNAMICS; PROTEINS;

CHROMOPHORES;

PHOTOPROTEIN; RED FLUORESCENT PROTEIN;

ARTICLE; CHEMISTRY; MOLECULAR DYNAMICS; QUANTUM THEORY; ULTRAVIOLET SPECTROPHOTOMETRY;

LUMINESCENT PROTEINS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; QUANTUM THEORY; SPECTROPHOTOMETRY, ULTRAVIOLET;

EID: 77952408556     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.21443     Document Type: Article

References (87)

1. Matz, M. V.; Fradkov, A. F.; Labas, Y. A.; Savitsky, A. P.; Zaralsky, A. G.; Markelov, M. L.; Lukyanov, S. A. Nat Biotechnol 1999, 17, 969.
2. Gross, L. A.; Baird, G. S.; Hoffman, R. C.; Baldridge, K. K.; Tsien, R. Y. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 11990.
3. Wall, M. A.; Socolich, M.; Ranganathan, R. Nat Struct Biol 2000, 7, 1133.
4. Yarbrough, D.; Wachter, R. M.; Kalilo, K.; Matz, M. V.; Remington, S. J. Proc Natl Acad Sci USA 2001, 98, 462.
5. Bevis, B. J.; Glick, B. S. Nat Biotechnol 2002, 20, 83.
6. Gavin, P.; Devenian, R. J.; Prescott, M. Biochem .Biophys Res Commun. 2002, 298, 707.
7. Shaner, N. C.; Campbell, R. E.; Steinbach, P. A.; Giepmans, B. N. G.; Palmer, A. E.; Tsien, R. Y. Nat Biotechnol 2004, 22, 1567.
8. Stepanenko, O.; Verkhusha, V.; Kazakov, V.; Shavlovsky, M.; Kuznetsova, I.; Uversky, V.; Turoverov, K. Biochemistry 2004, 43, 14913.
9. Shaner, N. C.; Steinbach, P. A.; Tsien, R. Y. Nat Methods 2005, 2, 905.
10. Shkrob, M. A.; Yanushevich, Y. G.; Chudakov, D. M.; Gurskaya, N. G.; Labas, Y. A.; Poponov, S. Y.; Mudrik, N. N.; Lukyanov, S.; Lukyanov, K. A. Biochem J 2005, 392, 649.
11. Loos, D. C.; Habuchi, S.; Flors, C; Hotta, J.-I.; Wiedenmann, J.; Nlenhaus, G. U.; Hofkens, J. J Am Chem Soc 2006, .128, 6270.
12. Shu, X.; Shaner, N. C.; Yarbrough, C. A.; Tsien, R. Y.; Remington, S. J. Biochemistry 2006, 45, 9639.
13. Ai, H.-W.; Shaner, N. C.; Cheng, Z.; Tsien, R. Y.; Campbell, R. E. Biochemistry 2007, 46, 5904.
14. Ip, D. T.-M.; Wong, K.-B.; Wan, D. C-C Mar Biotechnol 2007, 9, 469.
15. Shcherbo, D.; Merzlyak, E. M.; Chepurnykh, T. V.; Fradkov, A. F.; Ermakova, G. V.; Sol.ovi.eva, E. A.; Lukyanov, K. A.; Bogdanova, E. A.; Zaraisky, A. G.; Lukyanov, S.; Chudakov, D. M. Nat Methods 2007, 4, 741,
16. Strongin, D. E.; Bevis, B.; Khuong, N.; Downing, M. E.; Strack, R. L.; Sundaram, K.; Glick, B. S.; Keenan, R. J. Protein Eng Des Sel 2007, 20, 525.
17. Goulding, A.; Shrestha, S.; Dria, K,; Hunt, E.; Deo, S. K. Protein Eng Des Sel 2008, 21, 101.
18. Nienhaus, K.; Nar, H.; Heilker, R.; Wiedenmann, J.; Nienhaus, G. U. J Am Chem Soc 2008, 130, 12578.
19. Schleifenbaum, F.; Blum, C.; Elgass, K.; Subramaniam, V.; Meixner, A. J. J Phys Chem B 2008, 112, 7669.
20. Shaner, N. C.; Lin, M. Z.; Mckeown, M. R.; Steinbach, P. A.; Hazclwood, K, L.; Davidson, M. W.; Tsien, R. Y. Nat Methods 2008, 5, 545.
21. Fischer, M.; Haase, I.; Simmeth, E.; Gerisch, G.; Müller- Taubenberger, A. FEBS Lett 2004, 577, 227.
22. Forner, J.; Binder, S. BMC Plant Biol 2007, 7, 1471.
23. Hsu, Y.-Y.; Liu, Y.-N.; Wang, W.; Kao, F.-J.; Kung, S.-H. Biochem Biophys Res Commun 2007, 353, 939.
24. Merzlyak, E. M.; Goedhart, J.; Shcherbo, D.; Bulina, M. E.; Shcheglov, A. S.; Fradkov, A. F.; Gaintzeva, A.; Lukyanov, K. A.; Lukyanov, S.; Gadella, T. W. J.; Chudakov, D. M. Nat Methods 2007, 4, 555.
25. Shaner, N. C.; Patterson, G. H.; Davidson, M. W. J Cell Sci 2007, 120, 4247.
26. Turchin, I. V.; Savitsky, A. P.; Kamensky, V. A.; Flehanov, V. I.; Meerovich, I. G.; Arslanbaeva, L. R.; Jerdeva, V. V.; Orlova, A. G.; Kleshnin, M. S.; Shirmanova, M. V.; Fiks, I.I. Proc SPIE-Im Soc Opt Eng 2007, 6449, 644915.
27. Boye, S.; Brondsted Nielsen, S.; Krogh, H.; Bloch Nielsen, I.; Pedersen, U. V.; Bell, A. F.; He, X.; Tonge, P. J.; Andersen, L. H. Phys Chem Chem Phys 2003, 5, 3021.
28. Olsen, S.; Smith, S. C. Chem Phys Lett 2006, 426, 159.
29. Olsen, S.; Prescott, M.; Wilmann, P.; Battad, J.; Rossjohn, J.; Smith, S. C. Chem Phys Lett 2006, 420, 507.
30. Wan, S.; Liu, S.; Zhao, G.; Chen, M.; Han, K.; Sun, M. Biophys Chem 2007, 129, 218.
31. Voliani, V.; Bizzarri, R.; Nifosi, R.; Abbruzzetti, S.; Grandi, E.; Viappiani, C.; Beltram, F. J Phys Chem B 2008, 112, 10714.
32. Marques, M. A. L.; Lopez, X.; Varsano, D.; Castro, A.; Rubio, A. Phys Rev Lett 2003, 90, 258101.
33. Canilloni, C.; Provasi, D.; Tiana, G.; Broglia, R. A. J Phys Chem B 2007, 111, 10807.
34. Nifosi, R.; Luo, Y. J Phys Chem. B 2007, 111, 505.
35. Amat, P.; Granucci, G.; Buda, F.; Persico, M.; Tozzini, V. J Phys Chem B 2006, 110, 9348.
36. Nemukhin, A. V.; Topol, I. A.; Burt, S. K. J Chem Theory Comput 2006, 2, 292.
37. Sun, M. Int J Quantum Chem 2006, 106, 1020.
38. Patnaik, S. S.; Trohalaki, S.; Naik, R, R.; Stone, M. O.; Pachter, R. Biopolymers 2007, 85, 253.
39. Schäfer, L. V.; Groenhof, G.; Boggio-Pasqua, M.; Robb, M. A.; Grubmüller, H. PLoS Comput Biol 2008,4, el 000034.
40. Bravaya, K. B.; Bochenkova, A. V.; Granovsky, A. A,; Savitsky, A. P.; Nemukhin, A. V. J Phys Chem A 2008, 112, 8804.
41. Timerghazin, Q. K.; Carlson, H. J.; Liang, C.; Campbell, R. E.; Brown, A. JPhys Chem B 2008, 112, 2533.
42. Jacquemin, D.; Perpete, E. A.; Scuseria, G. E.; Ciofini, I.; Adamo, C J Chem Theory Comput 2008, 4, 123.
43. Dreuw, A.; Head-Gordon, M, Chem Rev 2005, 105, 4009.
44. Filippi, C.; Zaccheddu, M.; Buda, F. J Chem Theory Comput 2009, 5, 2074.
45. Epifanovsky, E.; Polyakov, I.; Grigorenko, B.; Nemukhin, A.; Krylov, A. J Chem Theory Comput 2009, 5, 1895.
46. Senn, H. M.; Thiel, W. Top Curr Chem 2007, 268, 173.
47. Senn, H. M.; Thiel, W. Angew Chem Int Ed 2009, 48, 1198.
48. Grigorenko, B.; Savitsky, A.; Topol, I.; Burt, S.; Nemukhin, A, J Phys Chem B 2006, 110, 18635.
49. Sanehez-Garcia, E.; Doerr, M.; Hsiao, Y.-W.; Thiel, W. J Phys Chem B (accepted).
50. Sun, Q.; Doerr, M.; Li, Z.; Thiel, W.; Smith, S. 2009 (submitted).
51. Ahlrichs, R.; Bär, M.; Häser, M.; Horn, H.; Kölmel, C. Chem Phys Lett 1989, 162, 165.
52. Dirac, P. A. M. Proc R Soc London. Ser A 1929, 123, 714.
53. Slater, J. C. Phys Rev A 1951, 81, 385.
54. Becke, A. D. Phys Rev A 1988, 38, 3098.
55. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys Rev B 1988, 37, 785.
56. Beeke, A. D. J Chem Phys 1993, 98, 5648.
57. Schäfer, A.; Huber, C.; Ahlrichs, R. J Chem Phys 1994, 100, 5829.
58. www.pdb.org.
59. Mackerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L.; Evanseek, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-Mccarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E., III; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J Phys Chem B 1998, 102, 3586.
60. Mackerell, A. D.; Feig, M.; Brooks, C. L. J Comput Chem 2004, 25, 1400.
61. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J Chem Phys 1983, 79, 926.
62. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Eisner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys Rev B 1998, 58, 7260.
63. Frauenheim, T.; Seifert, G.; Elstner, M.; Niehaus, T.; Kohler, C.; Amkreutz, M.; Sternberg, M.; Hajnal, Z.; Di Carlo, A.; Suhai, S. J Phys 2002, 14, 3015.
64. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J Comput. Chem 1983, 4, 187.
65. Mackerell, A. D.; Brooks, B.; Brooks, C L., III; Nilsson, L.; Roux, B.; Won, Y.; Karplus, M. Encyclopedia of Computational Chemistry; Schleyer, P., Ed.; Wiley: Chicester, UK, 1998; p. 271.
66. Cui, Q.; Elstner, M.; Kaxiras, E.; Frauenheim, T.; Karplus, M. J Phys Chem B 2001, 105, 569.
67. Humphrey, W.; Dalke, A; Schulten, K. J Mol Graphics 1996, 14, 33.
68. Sherwood, P.; De Vries, A. H.; Guest, M. F.; Schreckenbach, G.; Catlow, C. R. A; French, S. A.; Sokol, A. A; Bromley, S. T.; Thiel, W.; Turner, A. J.; Billeter, S.; Terstegen, F.; Thiel, S.; Kendrick, I; Rogers, S. C.; Casei, J.; Watson, M.; King, F.; Karlsen, E.; Sjovoll, M.; Fahmi, A.; Schäfer, A.; Lennartz, C THEOCHEM 2003, 632, 1.
69. Smith, W.; Forester, T. R. J Mol Graphics 1996, 14, 136.
70. Billeter, S. R.; Turner, A. J.; Thiel, W. Phys Chem Chem Phys 2000, 2, 2177.
71. Bakowies, D.; Thiel, W. J Phys Chem 1996, 100, 10580.
72. Antes, I.; Thiel, W. ACS Symp Ser 1998, 712, 50.
73. De Vries, A. H.; Sherwood, P.; Collins, S. J.; Rigby, A. M.; Rigutto, M.; Kramer, G. J. J Phys Chem B 1999, 103, 6133.
74. Van Gisbergen, S. J. A. S.; Baerends, J. J Chem Phys 1995, 103, 9347.
75. Jamorski, C. C.; Salahub, M. E. J Chem Phys 1996, 104, 5134.
76. Petersilka, M. G. U. J.; Gross, E. K. U. Phys Rev Lett 1996, 76, 1212.
77. Bauernschmitt, R.; Häser, M.; Treutler, O.; Ahlrichs, R. Chem Phys Lett 1997, 264, 573.
78. Silva-Junior, M. R.; Schreiber, M.; Sauer, S. P. A.; Thiel, W. J Chem Phys 2008, 129, 104103.
79. Grimme, S.; Waletzke, M. J Chem Phys 1999, 111, 5645.
80. Becke, A. D. J Chem. Phys 1993, 98, 1372.
81. Gerenkamp, M. PhD Thesis, Universität Münster, 2005.
82. Parac, M.; Doerr, M.; Marian, C. M.; Thiel, W. J Comp Chem, DOI: 10.1002/jcc.21233.
83. Weber, W. PhD Thesis, Universität Zürich, 1996.
84. Weber, W.; Thiel, W. Theory Chem Acc 2000, 495.
85. Koslowski, A.; Beck, M. E.; Thiel, W. J Comput Chem 2003, 24, 714.
86. www.chemshell.org.
87. Thiel, W. Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Kaiser-WilhelmPlatz 1, D-45470 Mülheim, Germany, 2004, MND099 version 6.1.