Do dynamic effects play a significant role in enzymatic catalysis? A theoretical analysis of formate dehydrogenase

Chemistry - A European Journal

Volumn 16, Issue 37, 2010, Pages 11399-11411

  Roca, Maite ^b   Oliva, Mónica ^a   Castillo, Raquel ^a   Moliner, Vicente ^a,c   Tuñón, Iñaki ^b  

^a UNIVERSITAT JAUME I   (Spain)

^b UNIVERSITY OF VALENCIA   (Spain)

^c LODZ UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Poland)

Author keywords

Dynamic effects; Enzyme catalysis; FDH; Grote Hynes theory; Molecular dynamics; Rare event trajectories

Indexed keywords

DYNAMIC EFFECTS; ENZYME CATALYSIS; FDH; GROTE-HYNES THEORY; RARE-EVENT TRAJECTORIES;

AMIDES; AMINO ACIDS; CATALYSIS; ELECTRIC FIELDS; MOLECULAR DYNAMICS; ORGANIC ACIDS; RATE CONSTANTS; REACTION KINETICS; SOLUTIONS; TRAJECTORIES;

ENZYMES;

FORMATE DEHYDROGENASE; NICOTINAMIDE ADENINE DINUCLEOTIDE;

ALGORITHM; ARTICLE; CATALYSIS; CHEMICAL STRUCTURE; KINETICS; METABOLISM; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE; THEORETICAL MODEL;

ALGORITHMS; CATALYSIS; FORMATE DEHYDROGENASES; KINETICS; MODELS, THEORETICAL; MOLECULAR STRUCTURE; NAD; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE, BIOMOLECULAR;

EID: 77957205244     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.201000635     Document Type: Article

References (72)

1. S. J. Benkovic, G. G. Hammes, S. Hammes-Schiffer, Biochemistry 2008, 47, 3317-3321.
2. M. H. M. Olsson, W. W. Parson, A. Warshel, Chem. Rev. 2006, 106, 1737-1756.
3. A. R. Clarke, D. B. Wigley, W. N. Chia, D. Barstow, T. Atkinson, J. J. Holbrook, Nature 1986, 324, 699-702.
4. J. R. O'Brien, D. J. Schuller, V. S. Yang, B. D. Dillard, W. N. Lanzilotta, Biochemistry 2003, 42, 5547-5554.
5. S. C. Kou, B. J. Cherayil, W. Min, B. P. English, X. S. Xie, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19068-19081.
6. R. D. Smiley, G. G. Hammes, Chem. Rev. 2006, 106, 3080-3094.
7. H. P. Lu, L. Y. Xun, X. S. Xie, Science 1998, 282, 1877-1882.
8. H. Yang, G. B. Luo, P. Karnchanaphanurach, T. M. Louie, I. Rech, S. Cova, L. Y. Xun, X. S. Xie, Science 2003, 302, 262-266.
9. I. F. Thorpe, C. L. Brooks, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12997-13006.
10. S. Ferrer, I. Tuñón, S. Martí, V. Moliner, M. Garcia-Viloca, A. González-Lafont, J. M. Lluch, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16851-16863.
11. S. J. Benkovic, S. Hammes-Schiffer, Science 2003, 301, 1196-1202.
12. S. J. Benkovic, S. Hammes-Schiffer, Science 2006, 312, 208-209.
13. E. Z. Eisenmesser, O. Millet, W. Labeikovsky, D. M. Korzhnev, M. Wolf-Watz, D. A. Bosco, J. J. Skalicky, L. E. Kay, D. Kern, Nature 2005, 438, 117-121.
14. D. D. Boehr, D. McElheny, H. J. Dyson, P. E. Wright, Science 2006, 313, 1638-1642.
15. K. A. Henzler-Wildman, V. Thai, M. Lei, M. Ott, M. Wolf-Watz, T. Fenn, E. Pozharski, M. A. Wilson, G. A. Petsko, M. Karplus, C. G. Hubner, D. Kern, Nature 2007, 450, 838-844.
16. K. A. Henzler-Wildman, M. Lei, V. Thai, S. J. Kerns, M. Karplus, D. Kern, Nature 2007, 450, 913-916.
17. S. Saenoon, S. Quaytman-Machleder, V. L. Schramm, S. D. Schwartz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 16543-16548.
18. S. Hay, M. J. Sutcliffe, N. S. Scrutton, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 507-512.
19. Z. D. Nagel, J. P. Klinman, Nat. Chem. Biol. 2009, 5, 543-550.
20. A. V. Pisliakov, J. Cao, S. C. L. Kamerlin, A. Warshel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009,106, 17359-17364.
21. M. Roca, V. Moliner, I. Tuñón, J. T. Hynes, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6186-6193.
22. R. Castillo, M. Roca, A. Soriano, V. Moliner, I. Tunon, J. Phys. Chem. B 2007, 111, 529-534.
23. J. J. Ruiz-Pernía, I. Tuñón, V. Moliner, J. T. Hynes, M. Roca, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7477-7488.
24. S. Glasstone, K. J. Laidler, H. Eyring, The Theory of Rate Processes, McGraw-Hill, New York, 1941.
25. J. C. Keck, Adv. Chem. Phys. 1967, 13, 85-121.
26. D. G. Truhlar, B. C. Garrett, S. J. Klippenstein, J. Phys. Chem. 1996, 100, 12771-12800.
27. H. J. Kim, J. T. Hynes, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10508-10528.
28. R. F. Grote, J. T. Hynes, J. Chem. Phys. 1980, 73, 2715-2732.
29. J. T. Hynes, M. Baer, The Theory of Chemical Reaction Dynamics, CRC Press, Boca Raton, 1985.
30. V. I. Tishkov, V. O. Popov, Biomol. Eng. 2006, 23, 89-110.
31. R. Wichmann, C. Wandrey, A. F. Buckmann, M. R. Kula, Biotechnol. Bioeng. 2000, 67, 791-804.
32. G. Krix, A. S. Bommarius, K. Drauz, M. Kottenhahn, M. Schwarm, M. R. Kula, J. Biotechnol. 1997, 53, 29-39.
33. A. M. Rojkova, A. G. Galkin, L. B. Kulakova, A. E. Serov, P. A. Savitsky, V. V. Fedorchuk, V. I. Tishkov, FEBS Lett. 1999, 445, 183188.
34. H. Xue, X. W. Wu, W. P. Huskey, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5804-5805.
35. J. S. Blanchard, W. W. Cleland, Biochemistry 1980, 19, 3543-3550.
36. J. D. Hermes, S. W. Morrical, M. H. O'Leary, W. W. Cleland, Biochemistry 1984, 23, 5479-5488.
37. V. I. Tishkov, A. G. Galkin, A. M. Yegorov, Dokl. Akad. Nauk SSSR 1991, 317, 745-748.
38. M. Iida, K. Kitamura-Kimura, H. Maeda, S. Mineki, Biosci. Biotechnol. Biochem. 1992, 56, 1966-1970.
39. B. Schiøtt, Y. J. Zheng, T. C. Bruice, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 7192-7200.
40. J. N. Bandaria, C. M. Cheatum, A. Kohen, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10151-10155.
41. V. I. Tishkov, A. D. Matorin, A. M. Rojkova, V. V. Fedorchuk, P. A. Savitsky, L. A. Dementieva, V. S. Lamzin, A. V. Mezentzev, V. O. Popov, FEBS Lett. 1996, 390, 104-108.
42. V. S. Lamzin, Z. Dauter, V. O. Popov, E. H. Harutyunyan, K. S. Wilson, J. Mol. Biol. 1994, 236, 759-785.
43. A. G. Galkin, A. S. Kutsenko, N. P. Bajulina, N. G. Esipova, V. S. Lamzin, A. V. Mesentsev, D. V. Shelukho, T. V. Tikhonova, V. I. Tishkov, T. B. Ustinnikova, V. O. Popov, Biochim. Biophys. Acta Protein Struct. Mol. Enzymol. 2002, 1594, 136-149.
44. I. G. Shabalin, E. V. Filippova, K. M. Polyakov, E. G. Sadykhov, T. N. Safonova, T. V. Tikhonova, V. I. Tishkov, V. O. Popov, Acta Crystallogr. Sect. A 2009, 65, 1315-1325.
45. R. Castillo, M. Oliva, S. Marti, V. Moliner, J. Phys. Chem. B 2008, 112, 10012-10022.
46. M. J. S. Dewar, E. G. Zoebisch, E. F. Healy, J. J. P. Stewart, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3902-3909.
47. W. L. Jorgensen, J. Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1657-1666.
48. G. A. Kaminski, R. A. Friesner, J. Tirado-Rives, W. L. Jorgensen, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474-6487.
49. W. L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J. D. Madura, R. W. Impey, M. L. Klein, J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935.
50. M. J. Field, M. Albe, C. Bret, F. Proust-De Martin, A. Thomas, J. Comput. Chem. 2000, 21, 1088-1100.
51. M. J. Field, P. A. Bash, M. Karplus, J. Comput. Chem. 1990, 11, 700-733.
52. A. Warshel, M. Levitt, J. Mol. Biol. 1976, 103, 227-249.
53. L. Verlet, Phys. Rev. 1967, 159, 98.
54. W. C. Swope, H. C. Andersen, P. H. Berens, K. R. Wilson, J. Chem. Phys. 1982, 76, 637-649.
55. S. Kumar, D. Bouzida, R. H. Swendsen, P. A. Kollman, J. M. Rosenberg, J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011-1021.
56. G. M. Torrie, J. P. Valleau, J. Comput. Phys. 1977, 23, 187-199.
57. K. Nam, X. Prat-Resina, M. Garcia-Viloca, L. S. Devi-Kesavan, J. Gao, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1369-1376.
58. M. P. Allen, D. J. Tildesley, Computer Simulations of Liquids, Oxford, Clarendon, 1989.
59. J. P. Bergsma, B. J. Gertner, K. R. Wilson, J. T. Hynes, J. Chem. Phys. 1987, 86, 1356-1376.
60. B. J. Gertner, K. R. Wilson, J. T. Hynes, J. Chem. Phys. 1989, 90, 3537-3558.
61. H. C. Andersen, J. Comput. Phys. 1983, 52, 24-34.
62. B. J. Gertner, R. M. Whitnell, K. R. Wilson, J. T. Hynes, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 74-87.
63. S. Hammes-Schiffer, Biochemistry 2002, 41, 13335-13343.
64. H. A. Kramers, Physica 1940, 7, 284-304.
65. A. Soriano, E. Silla, I. Tuñón and M. F. Ruiz-López, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1946-1957.
66. P. K. Agarwal, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15248-15256.
67. K. G. Brown, S. C. Erfurth, E. W. Small, W. L. Peticolas, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1972, 69, 1467-1469.
68. N. Go, T. Noguti, T. Nishikawa, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1983, 80, 3696-3700.
69. K. C. Chou, Biochem. J. 1983, 215, 465-469.
70. V. Moliner, A. J. Turner, I. H. Williams, Chem. Commun. 1997, 1271-1272.
71. A. J. Turner, V. Moliner, I. H. Williams, Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 1323-1331.
72. S. Martí, V. Moliner, I. Tuñón, J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 216-216.