Rotation mechanism of F1-ATPase: Crucial importance of the water entropy effect

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 11, 2011, Pages 4030-4039

  Yoshidome, Takashi ^a   Ito, Yuko ^b   Ikeguchi, Mitsunori ^b   Kinoshita, Masahiro ^a  

^a KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^b YOKOHAMA CITY UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATP BINDING; ATP HYDROLYSIS; CHEMICAL PROCESS; ENTROPY EFFECTS; ENTROPY GAIN; HIGHLY-CORRELATED; HYDRATION ENTROPY; KEY FACTORS; MECHANICAL THEORY; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; MOLECULAR LIQUIDS; MOTOR PROTEINS; ROTATION MECHANISM; SUBCOMPLEXES; SUBUNIT INTERFACES; TRANSLATIONAL DISPLACEMENTS; WATER MOLECULE;

CONTACTS (FLUID MECHANICS); HYDRATION; MOLECULAR DYNAMICS; ROTATION; WATER TREATMENT;

ENTROPY;

ADENOSINE TRIPHOSPHATASE; WATER; PROTON TRANSPORTING ADENOSINE TRIPHOSPHATASE;

ARTICLE; CALCULATION; CHEMICAL REACTION; CONTROLLED STUDY; ENTROPY; HYBRID; HYDRATION; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULE; MORPHOMETRICS; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY;

ENTROPY; MODELS, MOLECULAR; PROTON-TRANSLOCATING ATPASES; WATER;

EID: 79952758254     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja109594y     Document Type: Article

References (87)

1. Abrahams, J. P.; Leslie, A. G.; Lutter, R.; Walker, J. E. Nature 1994, 370, 621
2. Gibbons, C.; Montgomery, M. G.; Leslie, A. G. W.; Walker, J. E. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 1055
3. Menz, R. I.; Walker, J. E.; Leslie, A. G. Cell 2001, 106, 331
4. Kabaleeswaran, V.; Puri, N.; Walker, J. E.; Leslie, A. G. W.; Mueller, D. M. EMBO J. 2006, 25, 5433
5. Bowler, M. W.; Montgomery, M. G.; Leslie, A. G. W.; Walker, J. E. J. Biol. Chem. 2007, 282, 14238
6. Kabaleeswaran, V.; Shen, H.; Symersky, J.; Walker, J. E.; Leslie, A. G. W.; Mueller, D. M. J. Biol. Chem. 2009, 284, 10546
7. Noji, H.; Yasuda, R.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr. Nature 1997, 386, 299
8. Yasuda, R.; Noji, H.; Kinosita, K., Jr.; Yoshida, M. Cell 1998, 93, 1117
9. Yasuda, R.; Noji, H.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr.; Itoh, H. Nature 2001, 410, 898
10. Shimabukuro, K.; Yasuda, R.; Muneyuki, E.; Hara, K. Y.; Kinosita, K., Jr.; Yoshida, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 14731
11. Nishizaka, T.; Oiwa, K.; Noji, H.; Kimura, S.; Muneyuki, E.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr. Nat. Struct. Mol. Biol. 2004, 11, 142
12. Adachi, K.; Oiwa, K.; Nishizaka, T.; Furuike, S.; Noji, H.; Itoh, H.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr. Cell. 2007, 130, 309
13. Ariga, T.; Muneyuki, E.; Yoshida, M. Nat. Struct. Mol. Biol. 2007, 14, 841
14. Okuno, D.; Fujisawa, R.; Iino, R.; Hirono-Hara, Y.; Imamura, H.; Noji, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 20722
15. Sieladd, H.; Rennekamp, H.; Engelbrecht, S.; Junge, W. Biophys. J. 2008, 95, 4979
16. Masaike, T.; Koyama-Horibe, F.; Oiwa, K.; Yoshida, M.; Nishizaka, T. Nat. Struct. Mol. Biol. 2008, 15, 1326
17. Furuike, S.; Hossain, M. D.; Maki, Y.; Adachi, K.; Suzuki, T.; Kohori, A.; Itoh, H.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr. Science 2008, 319, 955
18. Shimo-Kon, R.; Muneyuki, E.; Sakai, H.; Adachi, K.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr. Biophys. J. 2010, 98, 1227
19. Toyabe, S.; Okamoto, T.; Watanabe-Nakayama, T.; Taketani, H.; Kudo, S.; Muneyuki, E. Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 198103
20. Hayashi, K.; Ueno, H.; Iino, R.; Noji, H. Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 218103
21. Watanabe, R.; Iino, R.; Noji, H. Nat. Chem. Biol. 2010, 6, 814
22. Itoh, H.; Takahashi, A.; Adachi, K.; Noji, H.; Yasuda, R.; Yoshida, M.; Kinosita, K., Jr. Nature 2004, 427, 465
23. Böckmann, R. A.; Grubmuller, H. Nat. Struct. Mol Biol. 2002, 9, 198
24. Ma, J.; Flynn, T. C.; Cui, Q.; Leslie, A. G. W.; Walker, J. E.; Karplus, M. Structure 2002, 10, 921
25. Böckmann, R. A.; Grubmuller, H. Biophys. J. 2003, 85, 1482
26. Yang, W.; Gao, Y. Q.; Cui, Q.; Ma, J.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 874
27. Dittrich, M.; Hayashi, S.; Schulten, K. Biophys. J. 2003, 85, 2253
28. Dittrich, M.; Hayashi, S.; Schulten, K. Biophys. J. 2004, 87, 2954
29. Koga, N.; Takada, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 5367
30. Pu, J.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 1192
31. Ito, Y.; Ikeguchi, M. Chem. Phys. Lett. 2010, 490, 80
32. Ito, Y.; Ikeguchi, M. J. Comput. Chem. 2010, 31, 2175
33. Harano, Y.; Kinoshita, M. Chem. Phys. Lett. 2004, 399, 342
34. Harano, Y.; Kinoshita, M. Biophys. J. 2005, 89, 2701
35. Harano, Y.; Roth, R.; Kinoshita, M. Chem. Phys. Lett. 2006, 432, 275
36. Harano, Y.; Roth, R.; Sugita, Y.; Ikeguchi, M.; Kinoshita, M. Chem. Phys. Lett. 2007, 437, 112
37. Yoshidome, T.; Kinoshita, M.; Hirota, S.; Baden, N.; Terazima, M. J. Chem. Phys. 2008, 128, 225104
38. Kinoshita, M. Int. J. Mol. Sci. 2009, 10, 1064
39. Kinoshita, M. Front. Biosci. 2009, 14, 3419
40. Yoshidome, T.; Oda, K.; Harano, Y.; Roth, R.; Sugita, Y.; Ikeguchi, M.; Kinoshita, M. Proteins: Struct., Funct. Genet. 2009, 77, 950
41. Yasuda, S.; Yoshidome, T.; Oshima, H.; Kodama, R.; Harano, Y.; Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2010, 132, 065105
42. Harano, Y.; Kinoshita, M. J. Phys.: Condens. Matter. 2006, 18, L107
43. Harano, Y.; Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2006, 125, 024910
44. Harano, Y.; Yoshidome, T.; Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2008, 129, 145103
45. Yoshidome, T.; Harano, Y.; Kinoshita, M. Phys. Rev. E 2009, 79, 011912
46. Yoshidome, T.; Kinoshita, M. Chem. Phys. Lett. 2009, 477, 211
47. Yoshidome, T. Entropy 2010, 12, 1632
48. Yoshidome, T.; Kinoshita, M. Phys. Rev. E 2009, 79, 030905 (R).
49. Oshima, H.; Yoshidome, T.; Amano, K.; Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2009, 131, 205102
50. Amano, K.; Yoshidome, T.; Harano, Y.; Oda, K.; Kinoshita, M. Chem. Phys. Lett. 2009, 474, 190
51. Oda, K.; Kodama, R.; Yoshidome, T.; Yamanaka, M.; Sambongi, Y.; Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2011, 134, 025101
52. Baden, N.; Hirota, S.; Takabe, T.; Funasaki, N.; Terazima, M. J. Chem. Phys. 2007, 127, 175103
53. Ohtaka, H.; Schon, A.; Freire, E. Biochemistry 2003, 42, 13659
54. Kardos, J.; Yamamoto, K.; Hasegawa, K.; Naiki, H.; Goto, Y. J. Biol. Chem. 2004, 279, 55308
55. Bonafe, C. F.; Vital, C. M.; Telles, R. C.; Goncalves, M. C.; Matsuura, M. S.; Pessine, F. B.; Freitas, D. R.; Vega, J. Biochemistry 1998, 37, 11097
56. Kasai, M.; Asakura, S.; Oosawa, F. Biochim. Biophys. Acta 1962, 57, 13
57. Swezey, R. R.; Somero, G. N. Biochemistry 1982, 21, 4496
58. Kauzmann, W. Adv. Protein Chem. 1959, 14, 1
59. Hansen, J.-P.; McDonald, I. R. Theory of Simple Liquids; Academic Press: London, 1986.
60. Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2008, 128, 024507
61. Kinoshita, M.; Yoshidome, T. J. Chem. Phys. 2009, 130, 144705
62. Kusalik, P. G.; Patey, G. N. J. Chem. Phys. 1988, 88, 7715
63. Kusalik, P. G.; Patey, G. N. Mol. Phys. 1988, 65, 1105
64. König, P. M.; Roth, R.; Mecke, K. R. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 160601
65. Roth, R.; Harano, Y.; Kinoshita, M. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 078101
66. Oroguchi, T.; Hashimoto, H.; Shimizu, T.; Sato, M.; Ikeguchi, M. Biophys. J. 2009, 96, 2808
67. Sali, A.; Blundell, T. L. J. Mol. Biol. 1993, 234, 779
68. Imai, T.; Harano, Y.; Kinoshita, M.; Kovalenko, A.; Hirata, F. J. Chem. Phys. 2006, 125, 024911
69. MacKerell, Jr. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586
70. Lee, B.; Richards, F. M. J. Mol. Biol. 1971, 55, 379
71. Connolly, M. L. J. Appl. Crystallogr. 1983, 16, 548
72. Connolly, M. L. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1118
73. Ikeguchi, M.; Doi, J. J. Chem. Phys. 1995, 103, 5011
74. Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2002, 116, 3493
75. Kötting, C.; Kallenbach, A.; Suveyzdis, Y.; Wittinghofer, A.; Gerwert, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 6260
76. Asakura, S.; Oosawa, F. J. Chem. Phys. 1954, 22, 1255
77. Asakura, S.; Oosawa, F. J. Polym. Sci. 1958, 33, 183
78. Lazaridis, T.; Paulaitis, M. E. J. Phys. Chem. 1992, 96, 3847
79. Lazaridis, T.; Paulaitis, M. E. J. Phys. Chem. 1994, 98, 635
80. Adinolfi, S.; Nair, M.; Politou, A.; Bayer, E.; Martin, S.; Temussi, P.; A. Pastore, A. Biochemistry 2004, 43, 6511
81. E subunit in the latter picture.
82. Shirakihara, Y.; Leslie, A. G.; Abrahams, J. P.; Walker, J. E.; Ueda, T.; Sekimoto, Y.; Kambara, M.; Saika, K.; Kagawa, Y.; Yoshida, M. Structures 1997, 5, 825
83. Imai, T.; Harano, Y.; Kinoshita, M.; Kovalenko, A.; Hirata, F. J. Chem. Phys. 2007, 126, 225102
84. Kinoshita, M.; Harano, Y. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2005, 78, 1431
85. Hara, K. Y.; Noji, H.; Bald, D.; Yasuda, R.; Kinosita, K., Jr.; Yoshida, M. J. Biol. Chem. 2000, 275, 14260
86. Amano, K.; Yoshidome, T.; Iwaki, M.; Suzuki, M.; Kinoshita, M. J. Chem. Phys. 2010, 133, 045103
87. Amano, K.; Kinoshita, M. Chem. Phys. Lett. 2010, 488, 1