Development and validation of transferable amide i vibrational frequency maps for peptides

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 13, 2011, Pages 3713-3724

  Wang, L ^a   Middleton, C T ^a   Zanni, M T ^a   Skinner, J L ^a  

^a UNIVERSITY OF WISCONSIN MADISON   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOLOGICAL MEMBRANES; PEPTIDES;

AMIDE I; AMIDE I BANDS; AQUEOUS SOLUTIONS; COUPLING SCHEME; DIFFERENT SOLVENTS; EXPERIMENTAL SPECTRA; FREQUENCY MAP; HETEROGENEOUS SYSTEMS; IR SPECTRUM; MEMBRANE PROTEINS; N-METHYLACETAMIDE; NEAREST-NEIGHBOR FREQUENCIES; PROTEIN BACKBONE; SIDE CHAINS; THEORETICAL MODELING; VIBRATIONAL FREQUENCIES; VIBRATIONAL LIFETIME;

AMIDES;

EID: 79953275033     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp200745r     Document Type: Article

References (160)

1. Dickerson, R. E.; Geis, I. The structure and action of proteins; W. A. Benjamin, Inc.: Menlo Park, CA, 1969.
2. Nelson, D. L.; Cox, M. M. Lehninger Principles of Biochemistry; W. H. Freeman and Company: New York, 2005.
3. Berg, J. M.; Tymoczko, J. L.; Stryer, L. Biochemistry; W. H. Freeman and Company: New York, 2007.
4. McCammon, J. A.; Harvey, S. C. Dynamics of Proteins and Nucleic Acids; Cambridge University Press: Cambridge, 1987.
5. Boehr, D. D.; Dyson, H. J.; Wright, P. E. Chem. Rev. 2006, 106, 3055
6. Kraut, J. Annu. Rev. Biochem. 1965, 34, 247
7. Cartailler, J.-P.; Luecke, H. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2003, 32, 285
8. Clore, G. M.; Gronenborn, A. M., Eds. NMR of Proteins; CRC Press Inc.: Boca Raton, FL, 1993.
9. Thomas, G. J., Jr. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1999, 28, 1
10. Kelly, S. M.; Price, N. C. Biochim. Biophys. Acta 1997, 1338, 161
11. Margittai, M.; Langen, R. Q. Rev. Biophys. 2008, 41, 265
12. Weng, L.; Baker, G. M. Biochemistry 1991, 30, 5727
13. Yan, Y.; Marriott, G. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 635
14. Krimm, S.; Bandekar, J. Adv. Protein Chem. 1986, 38, 181
15. Barth, A.; Zscherp, C. Q. Rev. Biophys. 2002, 35, 369
16. Susi, H.; Byler, D. M. Methods Enzymol. 1986, 130, 290
17. Haris, P. I.; Chapman, D. Trends Biochem. Sci. 1992, 17, 328
18. Surewicz, W. K.; Mantsch, H. H.; Chapman, D. Biochemistry 1993, 32, 389
19. Hamm, P.; Lim, M.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6123
20. Zanni, M. T.; Hochstrasser, R. M. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 516
21. Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 14190
22. Park, S.; Kwak, K.; Fayer, M. D. Laser Phys. Lett. 2007, 4, 704
23. Cho, M. Chem. Rev. 2008, 108, 1331
24. Ganim, Z.; Chung, H. S.; Smith, A. W.; DeFlores, L. P.; Jones, K. C.; Tokmakoff, A. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 432
25. Strasfeld, D. B.; Ling, Y. L.; Shim, S.-H.; Zanni, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6698
26. Tadesse, L.; Nazarbaghi, R.; Walters, L. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7036
27. Torres, J.; Adams, P. D.; Arkin, I. T. J. Mol. Biol. 2000, 300, 677
28. Torres, J.; Kukol, A.; Goodman, J. M.; Arkin, I. T. Biopolymers 2001, 59, 396
29. Fang, C.; Wang, J.; Charnley, A. K.; Barber-Armstrong, W.; Smith, A. B.; Decatur, S. M.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. Lett. 2003, 382, 586
30. Fang, C.; Wang, J.; Kim, Y. S.; Charnley, A. K.; Barber-Armstrong, W.; Smith, A. B.; Decatur, S. M.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10415
31. Mukherjee, P.; Krummel, A. T.; Fulmer, E. C.; Kass, I.; Arkin, I. T.; Zanni, M. T. J. Chem. Phys. 2004, 120, 10215
32. Fang, C.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 18652
33. Arkin, I. T. Curr. Opin. Chem. Biol. 2006, 10, 394
34. Decatur, S. M. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 169
35. Mukherjee, P.; Kass, I.; Arkin, I.; Zanni, M. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 3528
36. Mukherjee, P.; Kass, I.; Arkin, I. T.; Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 24740
37. Shim, S.-H.; Gupta, R.; Ling, Y. L.; Strasfeld, D. B.; Raleigh, D. P.; Zanni, M. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 6614
38. Strasfeld, D. B.; Ling, Y. L.; Gupta, R.; Raleigh, D. P.; Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 15679
39. Manor, J.; Mukherjee, P.; Lin, Y.-S.; Leonov, H.; Skinner, J. L.; Zanni, M. T.; Arkin, I. T. Structure 2009, 17, 247
40. Woys, A. M.; Lin, Y.-S.; Reddy, A. S.; Xiong, W.; de Pablo, J. J.; Skinner, J. L.; Zanni, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2832
41. Torii, H.; Tasumi, M. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3379
42. Torii, H.; Tasumi, M. J. Raman Spectrosc. 1998, 29, 81
43. Torii, H. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5434
44. Torii, H. Mol. Phys. 2009, 107, 1855
45. Hamm, P.; Woutersen, S. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2002, 75, 985
46. Ham, S.; Kim, J.-H.; Lee, H.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3491
47. Ham, S.; Cha, S.; Choi, J.-H.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 1451
48. Ham, S.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 6915
49. Kwac, K.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2247
50. Choi, J.-H.; Ham, S.; Cho, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9132
51. Hahn, S.; Ham, S.; Cho, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11789
52. Choi, J.-H.; Hahn, S.; Cho, M. Int. J. Quantum Chem. 2005, 104, 616
53. Choi, J.-H.; Lee, H.; Lee, K.-K.; Hahn, S.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 045102
54. Jeon, J.; Yang, S.; Choi, J.-H.; Cho, M. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1280
55. Bouř, P.; Keiderling, T. J. Chem. Phys. 2003, 119, 11253
56. Bouř, P.; Michalík, D.; Kapitán, J. J. Chem. Phys. 2005, 122, 144501
57. Schmidt, J. R.; Corcelli, S. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8887
58. Lin, Y.-S.; Shorb, J. M.; Mukherjee, P.; Zanni, M. T.; Skinner, J. L. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 592
59. Hochstrasser, R. M. Adv. Chem. Phys. 2006, 132, 1
60. Hayashi, T.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 9747
61. Zhuang, W.; Abramavicius, D.; Hayashi, T.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3362
62. Sengupta, N.; Maekawa, H.; Zhuang, W.; Toniolo, C.; Mukamel, S.; Tobias, D. J.; Ge, N.-H. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12037
63. Zhuang, W.; Hayashi, T.; Mukamel, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 3750
64. Maekawa, H.; Ge, N.-H. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 1434
65. Ganim, Z.; Tokmakoff, A. Biophys. J. 2006, 91, 2636
66. Watson, T. M.; Hirst, J. D. Mol. Phys. 2005, 103, 1531
67. la Cour Jansen, T.; Dijkstra, A. G.; Watson, T. M.; Hirst, J. D.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2006, 125, 044312
68. la Cour Jansen, T.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2006, 124, 044502
69. Bloem, R.; Dijkstra, A. G.; la Cour Jansen, T.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2008, 129, 055101
70. Roy, S.; la Cour Jansen, T.; Knoester, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 9347
71. Smith, A. W.; Lessing, J.; Ganim, Z.; Peng, C. S.; Tokmakoff, A.; Roy, S.; la Cour Jansen, T.; Knoester, J. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 10913
72. Gorbunov, R. D.; Kosov, D. S.; Stock, G. J. Chem. Phys. 2005, 122, 224904
73. Gorbunov, R. D.; Nguyen, P. H.; Kobus, M.; Stock, G. J. Chem. Phys. 2007, 126, 054509
74. Gorbunov, R. D.; Stock, G. Chem. Phys. Lett. 2007, 437, 272
75. Kobus, M.; Gorbunov, R. D.; Nguyen, P. H.; Stock, G. Chem. Phys. 2008, 347, 208
76. Cai, K.; Han, C.; Wang, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9149
77. Paschek, D.; Pühse, M.; Perez-Goicochea, A.; Gnanakaran, S.; Garcia, A. E.; Winter, R.; Geiger, A. ChemPhysChem 2008, 9, 2742
78. Kim, J.; Huang, R.; Kubelka, J.; Bouř, P.; Keiderling, T. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 23590
79. Grahnen, J. A.; Amunson, K. E.; Kubelka, J. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 13011
80. Zhao, J.; Wang, J. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 16011
81. Choi, J.-H.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 4383
82. Choi, J.-H.; Cho, M. Chem. Phys. 2009, 361, 168
83. Krimm, S.; Abe, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1972, 69, 2788
84. Moore, W. H.; Krimm, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1975, 72, 4933
85. Cheam, T. C.; Krimm, S. Chem. Phys. Lett. 1984, 107, 613
86. Cheam, T. C.; Krimm, S. J. Chem. Phys. 1985, 82, 1631
87. Barber-Armstrong, W.; Donaldson, T.; Wijesooriya, H.; Silva, R. A. G. D.; Decatur, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2339
88. Smith, A. W.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2007, 126, 045109
89. Wang, J.; Chen, J.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7545
90. Reddy, A. S.; Wang, L.; Lin, Y.-S.; Ling, Y.; Chopra, M.; Zanni, M. T.; Skinner, J. L.; de Pablo, J. J. Biophys. J. 2010, 98, 443
91. Reddy, A. S.; Wang, L.; Singh, S.; Ling, Y. L.; Buchanan, L.; Zanni, M. T.; Skinner, J. L.; de Pablo, J. J. Biophys. J. 2010, 99, 2208
92. McQuarrie, D. A. Statistical Mechanics; Harper and Row: New York, 1976.
93. Auer, B. M.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2007, 127, 104105
94. Auer, B. M.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2008, 128, 224511
95. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford: New York, 1995.
96. Schmidt, J. R.; Corcelli, S. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2005, 123, 044513
97. DeCamp, M. F.; DeFlores, L.; McCracken, J. M.; Tokmakoff, A.; Kwac, K.; Cho, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11016
98. Shim, S.-H.; Strasfeld, D. B.; Zanni, M. T. Opt. Express 2006, 14, 13120
99. Shim, S.-H.; Strasfeld, D. B.; Fulmer, E. C.; Zanni, M. T. Opt. Lett. 2006, 31, 838
100. van Gunsteren, W. F.; Billeter, S. R.; Eising, A. A.; Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott, W. R. P.; Tironi, I. G. Biomolecular Simulation: The GROMOS96 manual and user guide; Hochschuleverlag AG an der ETH Zürich: Zürich, Switzerland, 1996.
101. Scott, W. R. P.; Hünenberger, P. H.; Tironi, I. G.; Mark, A. E.; Billeter, S. R.; Fennen, J.; Torda, A. E.; Huber, T.; Krüger, P.; van Gunsteren, W. F. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 3596
102. Oostenbrink, C.; Villa, A.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1656
103. Zagrovic, B.; van Gunsteren, W. F. Proteins 2006, 63, 210
104. Zhou, Y.; Oostenbrink, C.; Jongejan, A.; van Gunsteren, W. F.; Hagen, W. R.; de Leeuw, S. W.; Jongejan, J. A. J. Comput. Chem. 2006, 27, 857
105. Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Dijkstra, E. J.; Achterop, S.; van Drunen, R.; van der Spoel, D.; Sijbers, A.; Keegstra, H.; Reitsma, B.; Renardus, M. K. R. Physics Computing '92; de Groot, R. A.; Nadrchal, J., Eds.; World Scientific: Singapore, 1993.
106. Berendsen, H. J. C.; van der Spoel, D.; van Drunen, R. Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 43
107. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306
108. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; van Buuren, A. R.; Apol, E.; Meulenhoff, P. J.; Tieleman, D. P.; Sijbers, A. L. T. M.; Feenstra, K. A.; van Drunen, R.; Berendsen, H. J. C. Gromacs User Manual version 3.3; www.gromacs.org, 2005.
109. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701
110. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463
111. Ryckaert, J.-P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327
112. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089
113. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577
114. Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; Vetterling, W. T. Numerical Recipes; Cambridge University Press: Cambridge, 1986.
115. Mayne, L. C.; Hudson, B. J. Phys. Chem. 1991, 95, 2962
116. Eaton, G.; Symons, M. C. R.; Rastogi, P. P. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1989, 85, 3257
117. Kubelka, J.; Keiderling, T. A. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10922
118. Nyquist, R. A. Spectrochim. Acta 1963, 19, 509
119. Davies, M.; Hallam, H. E. Trans. Faraday Soc. 1951, 47, 1170
120. Brown, T. L.; Regan, J. F.; Schuetz, R. D.; Sternberg, J. C. J. Phys. Chem. 1959, 63, 1324
121. Titov, E. V.; Poddubnaya, M. V.; Kapkan, L. M. Theor. Exp. Chem. 1973, 6, 421
122. Ruggirello, A.; Liveri, V. T. Colloid Polym. Sci. 2003, 281, 1062
123. Amunson, K. E.; Kubelka, J. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 9993
124. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. In Intermolecular Forces; Pullman, B., Ed.; Reidel: Dordrecht, 1981.
125. Chirgadze, Y. N.; Fedorov, O. V.; Trushina, N. P. Biopolymers 1975, 14, 679
126. Venyaminov, S. Y.; Kalnin, N. N. Biopolymers 1990, 30, 1243
127. Rahmelow, K.; Hübner, W.; Ackermann, T. Anal. Biochem. 1998, 257, 1
128. Barth, A. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2000, 74, 141
129. Wolpert, M.; Hellwig, P. Spectrochim. Acta, Part A 2006, 64, 987
130. Barth, A. Biochim. Biophys. Acta 2007, 1767, 1073
131. la Cour Jansen, T.; Knoester, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 22910
132. Yang, M.; Skinner, J. L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 982
133. Marqusee, S.; Robbins, V. H.; Baldwin, R. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 5286
134. Miick, S. M.; Casteel, K. M.; Millhauser, G. L. Biochemistry 1993, 32, 8014
135. Fiori, W. R.; Miick, S. M.; Millhauser, G. L. Biochemistry 1993, 32, 11957
136. Decatur, S. M.; Antonic, J. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11914
137. Decatur, S. M. Biopolymers 2000, 54, 180
138. Silva, R. A. G. D.; Nguyen, J. Y.; Decatur, S. M. Biochemistry 2002, 41, 15296
139. Huang, R.; Kubelka, J.; Barber-Armstrong, W.; Silva, R. A. G. D.; Decatur, S. M.; Keiderling, T. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2346
140. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684
141. Silva, R. A. G. D.; Kubelka, J.; Bou, P.; Decatur, S. M.; Keiderling, T. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 8318
142. Hamm, P.; Zanni, M. T. Concepts and Methods in 2D IR Spectroscopy; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 2011.
143. Cochran, A. G.; Skelton, N. J.; Starovasnik, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 5578
144. Smith, A. W.; Chung, H. S.; Ganim, Z.; Tokmakoff, A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 17025
145. Wang, J.; Zhuang, W.; Mukamel, S.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 5930
146. la Cour Jansen, T.; Knoester, J. Biophys. J. 2008, 94, 1818
147. Cheatum, C. M.; Tokmakoff, A.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2004, 120, 8201
148. Dijkstra, A. G.; Knoester, J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 9787
149. Moran, A.; Mukamel, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 506
150. Clark, A.; Cooper, G. J. S.; Lewis, C. E.; Morris, J. F.; Willis, A. C.; Reid, K. B. M.; Turner, R. C. The Lancet 1987, 2, 231
151. Lorenzo, A.; Razzaboni, B.; Weir, G. C.; Yankner, B. A. Nature 1994, 368, 756
152. Dupuis, N. F.; Wu, C.; Shea, J.-E.; Bowers, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18283
153. Ling, Y. L.; Strasfeld, D. B.; Shim, S.-H.; Raleigh, D. P.; Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 2498
154. Knight, J. D.; Miranker, A. D. J. Mol. Biol. 2004, 341, 1175
155. Jayasinghe, S. A.; Langen, R. Biochemistry 2005, 44, 12113
156. Knight, J. D.; Hebda, J. A.; Miranker, A. D. Biochemistry 2006, 45, 9496
157. Jayasinghe, S. A.; Langen, R. Biochim. Biophys. Acta 2007, 1768, 2002
158. Brender, J. R.; Lee, E. L.; Cavitt, M. A.; Gafni, A.; Steel, D. G.; Ramamoorthy, A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6424
159. Engel, M. F. M.; Khemtémourian, L.; Kleijer, C. C.; Meeldijk, H. J. D.; Jacobs, J.; Verkleij, A. J.; de Kruijff, B.; Killian, J. A.; Höppener, J. W. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 6033
160. Smith, P. E. S.; Brender, J. R.; Ramamoorthy, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4470