Dynamics of water clusters confined in proteins: A molecular dynamics simulation study of interfacial waters in a dimeric hemoglobin

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 50, 2010, Pages 16989-16996

  Gnanasekaran, Ramachandran ^a   Xu, Yao ^a   Leitner, David M ^a  

^a UNIVERSITY OF NEVADA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

HEMOGLOBIN; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULES;

ALLOSTERIC TRANSITION; BOND LIFETIME; BOND REARRANGEMENT; EXPONENTIALS; INTERFACIAL WATER; INTERFACIAL WATER MOLECULES; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; PICOSECOND TIME SCALE; PICOSECONDS; ROTATIONAL ANISOTROPY; ROTATIONAL RELAXATIONS; SCAPHARCA; VIBRATIONAL ENERGIES; WATER CLUSTER; WATER DYNAMICS; WATER MOLECULE;

DYNAMICS;

EID: 78650331566     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp109173t     Document Type: Article

References (94)

1. Persson, E.; Halle, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 6266
2. Ball, P. Chem. Rev. 2008, 108, 74
3. Pal, S. K.; Peon, J.; Zewail, A. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 1763
4. Bagchi, B. Chem. Rev. 2005, 105, 3197
5. Tobias, D. J.; Sengupta, N.; Tarek, M. Proteins: Energy, Heat and Signal Flow; Leitner, D. M.; Straub, J. E., Eds.; Taylor and Francis: New York, 2009.
6. Stanley, H. E.; Kumar, P.; Han, S.; Mazza, M. G.; Stokely, K.; Buldyrev, S. V.; Franzese, G.; Mallamace, F.; Xu, L. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 504105
7. Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J. Phys. Chem B 2002, 106, 6617
8. Johnson, M. E.; Malardier-Jugroot, C.; Murarka, R. K.; Head-Gordon, T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 4082
9. Hua, L.; Huang, X.; Zhou, R.; Berne, B. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3704
10. Wiesner, S. K.; Prendergast, E.; Halle, B. J. Mol. Biol. 1999, 286, 233
11. Leitner, D. M.; Havenith, M.; Gruebele, M. Int. Rev. Phys. Chem. 2006, 25, 553
12. Grebenkov, D. S.; Goddard, Y. A.; Diakova, G.; Korb, J.-P.; Bryant, R. G. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13347
13. Pizzitutti, F.; Marchi, M.; Sterpone, F.; Rossky, P. J. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7584
14. Furse, K. E.; Corcelli, S. A. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1813
15. Furse, K. E.; Corcelli, S. A. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 9934
16. Yu, I.; Tasaki, T.; Nakada, K.; Nagaoka, M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 12392
17. Yu, I.; Nagaoka, M. Chem. Phys. Lett. 2004, 388, 316
18. Mitra, L.; Smolin, N.; Ravindra, R.; Royer, C.; Winter, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1249
19. LeBard, D. N.; Matyushov, D. V. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 9246
20. Dadarlat, V. M.; Post, C. B. Biophys. J. 2006, 91, 4544
21. Yu, X.; Park, J.; Leitner, D. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12820
22. Chalikian, T. V. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2003, 32, 207
23. Lervik, A.; Bresme, F.; Kjelstrup, S.; Bedeaux, D.; Rubi, J. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 1610
24. Carey, C.; Cheng, Y.-K.; Rossky, P. J. Chem. Phys. 2000, 258, 415
25. Yu, H.; Rick, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6608
26. Frölich, A.; Gabel, F.; Jasnin, M.; Lehnert, U.; Oesterhelt, D.; Stadler, A.; Tehei, M.; Weik, M.; Wood, K.; Zaccai, G. Faraday Discuss. 2009, 141, 117
27. Knab, J. R.; Chen, J.-Y.; Markelz, A. G. Biophys. J. 2006, 90, 2576
28. Born, B.; Kim, S.-J.; Ebbinghaus, S.; Gruebele, M.; Havenith, M. Faraday Discuss. 2009, 141, 161
29. Makarov, V. A.; Feig, M.; Andrews, B. K.; Pettitt, B. M. Biophys. J. 1998, 75, 150
30. Shenogina, N.; Keblinski, P.; Garde, S. J. Chem. Phys. 2008, 129, 155105
31. Frauenfelder, H.; Fenimore, P. W.; Chen, G.; McMahon, B. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 15469
32. Heugen, U.; Schwaab, G.; Bründermann, E.; Heyden, M.; Yu, X.; Leitner, D. M.; Havenith, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 12301
33. Heyden, M.; Bründermann, E.; Heugen, U.; Niehues, G.; Leitner, D. M.; Havenith, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5773
34. Schmidt, D. A.; Birer, Ö.; Funkner, S.; Born, B.; Gnanasekaran, R.; Schwaab, G.; Leitner, D. M.; Havenith, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18512
35. Ebbinghaus, S.; Kim, S.-J.; Heyden, M.; Yu, X.; Heugen, U.; Gruebele, M.; Leitner, D. M.; Havenith, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 20749
36. Kim, S. J.; Born, B.; Havenith, M.; Gruebele, M. Angew. Chem. 2008, 120, 6486
37. Ebbinghaus, S.; Kim, S. J.; Heyden, M.; Yu, X.; Gruebele, M.; Leitner, D. M.; Havenith, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2374
38. Ebbinghaus, S.; Meister, K.; Born, B.; DeVries, A. L.; Gruebele, M.; Havenith, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12210
39. Lombardo, T. G.; Giovambattista, N.; Debenedetti, P. G. Faraday Discuss. 2009, 141, 359
40. Dzubiella, J.; Swanson, J. M. J.; McCammon, J. A. Phys. Rev. Lett. 2006, 96 087802
41. Bresme, F.; Wynveen, A. J. Chem. Phys. 2007, 126 044501
42. Giovambattista, N.; Debenedetti, P. G.; Rossky, P. J. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1323
43. Hua, L.; Huang, X.; Liu, P.; Zhou, R.; Berne, B. J. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 9069
44. Cheng, Y.-K.; Rossky, P. J. Nature 1998, 392, 696
45. Luise, A.; Falconi, M.; Desideri, A. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2000, 39, 56
46. Yu, H.; Rick, S. W. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 11552
47. Chiancone, E.; Vecchini, P.; Verzilli, D.; Ascoli, F.; Antonini, E. J. Mol. Biol. 1981, 152, 577
48. Royer, W. E.; Love, W. E.; Fenderson, F. F. Nature 1985, 316, 277
49. Ricci, M. A.; Bruni, F.; Giuliani, A. Faraday Discuss. 2009, 141, 347
50. Pieniazek, P. A.; Lin, Y.; Chowdhary, J.; Ladanyi, B. M.; Skinner, J. L. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 15017
51. Morales, C. M.; Thompson, W. H. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 1922
52. Knapp, J. E.; Pahl, R.; Srajer, V.; Royer, W. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 7649
53. Elber, R. Biophys. J. 2007, 92, L85
54. Knapp, J. E.; Gibson, Q. H.; Cushing, L.; Royer, W. E. Biochemistry 2001, 40, 14795
55. Royer, W. E.; Pardanani, A.; Gibson, Q. H.; Peterson, E. S.; Friedman, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci 1996, 93, 14526
56. Royer, W. E.; Hendrickson, W. A.; Chiancone, E. Science 1990, 249, 518
57. Ceci, P.; Giangiacomo, L.; Boffi, A.; Chiancone, E. J. Mol. Biol. 2002, 277, 6929
58. Pardanani, A.; Gambacurta, A.; Ascoil, F.; Royer, W. E. J. Mol. Biol. 1998, 284, 729
59. Pardanani, A.; Gibson, Q. H.; Colotti, G.; Royer, W. E. J. Biol. Chem. 1997, 272, 13171
60. Leitner, D. M.; Straub, J. E. Proteins: Energy, Heat and Signal Flow; Taylor and Francis Press: New York, 2009.
61. Zhou, Y.; Zhou, H.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 2003, 326, 593
62. Fujisaki, H.; Straub, J. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 6726
63. Leitner, D. M. Adv. Chem. Phys. 2005, 130B, 205
64. Leitner, D. M. Annu. Rev. Phys. Chem. 2008, 59, 233
65. Yu, X.; Leitner, D. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1698
66. Nguyen, P. H.; Park, S. M.; Stock, G. J. Chem. Phys. 2010, 132 025102
67. Takayanagi, M.; Okumura, H.; Nagaoka, M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 864
68. Guex, N.; Peitsch, M. C. Electrophoresis 1997, 18, 2714
69. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089
70. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577
71. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1997, 23, 327
72. Bussi, G.; Donadio, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126 014101
73. Parrinello, M.; Rahman, A. J. Appl. Phys. 1981, 52, 7182
74. Marchi, M.; Sterpone, F.; Ceccarelli, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6787
75. Ota, N.; Agard, D. A. J. Mol. Biol. 2005, 351, 345
76. Botan, V.; Backus, E. H. G.; Pfister, R.; Moretto, A.; Crisma, M.; Toniolo, C.; Nguyen, P. H.; Stock, G.; Hamm, P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 12749
77. Yu, X.; Leitner, D. M. J. Chem. Phys. 2005, 122 054902
78. Yu, X.; Leitner, D. M. J. Chem. Phys. 2005, 123, 104503
79. Yu, X.; Leitner, D. M. Phys. Rev. B 2006, 74, 184305
80. Enright, M. B.; Leitner, D. M. Phys. Rev. E 2005, 71 011912
81. Enright, M. B.; Yu, X.; Leitner, D. M. Phys. Rev. E 2006, 73 051905
82. Yu, X.; Leitner, D. M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12673
83. Leitner, D. M. Phys. Rev. B 2001, 64 094201
84. Leitner, D. M. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 188102
85. Luzar, A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10663
86. Luzar, A.; Chandler, D. Nature 1996, 379, 55
87. Xu, H.; Berne, B. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 11929
88. Tarek, M.; Tobias, D. J. Biophys. J. 2000, 79, 3244
89. Tarek, M.; Tobias, D. J. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 138101
90. Rocchi, C.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. Phys. Rev. E 1998, 57, 3315
91. Heyden, M.; Havenith, M. Methods 2010, 52, 74
92. Oleinikova, A.; Smolin, N.; Brovchenko, I. Biophys. J. 2007, 93, 2986
93. Piletic, I. R.; Moilanen, D. E.; Spry, D. B.; Levinger, N. E.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 4985
94. Nienhaus, K.; Knapp, J. E.; Palladino, P.; Royer, W. E.; Nienhaus, G. U. Biochemistry 2007, 46, 14018