Structural, dynamical, and electronic transport properties of modified DNA duplexes containing size-expanded nucleobases

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 115, Issue 41, 2011, Pages 11344-11354

  Blas, José Ramón ^a   Huertas, Oscar ^b   Tabares, Carolina ^c   Sumpter, Bobby G ^d   Fuentes Cabrera, Miguel ^d   Orozco, Modesto ^b,e,f   Ordejón, Pablo ^c   Luque, F Javier ^b  

^a UNIVERSITY OF CASTILLA LA MANCHA   (Spain)

^b UNIVERSITY OF BARCELONA   (Spain)

^c CATALAN INSTITUTE OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY ICN2   (Spain)

^d OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^e INSTITUTE FOR RESEARCH IN BIOMEDICINE   (Spain)

^f BARCELONA SUPERCOMPUTING CENTER   (Spain)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BASE PAIRS; CANONICAL BASIS; CLASSICAL MOLECULAR DYNAMICS; DENSITY FUNCTIONAL COMPUTATIONS; DYNAMICAL FEATURES; ELECTRONIC STRUCTURE CALCULATIONS; ELECTRONIC TRANSPORT PROPERTIES; HOMO-LUMO GAPS; HYBRID DUPLEX; MODIFIED DNA; MOLECULAR NANOWIRES; NATURAL BASIS; NUCLEOBASES; STRUCTURAL EFFECT;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRONIC PROPERTIES; ELECTRONIC STRUCTURE; MOLECULAR DYNAMICS; NANOWIRES; TRANSPORT PROPERTIES;

DNA;

DNA;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; CONFORMATION; ELECTRON TRANSPORT; MOLECULAR DYNAMICS; QUANTUM THEORY;

DNA; ELECTRON TRANSPORT; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; NUCLEIC ACID CONFORMATION; QUANTUM THEORY;

EID: 80054678367     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp205122c     Document Type: Article

References (85)

1. Perez, A.; Lankas, F.; Luque, F. J.; Orozco, M. Nucleic Acids Res. 2008, 36, 2379
2. Ditzler, M. A.; Otyepka, M.; Sponer, J.; Walter, N. G. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 40-7
3. Orozco, M.; Noy, A.; Perez, A. Curr. Opin. Struct. Biol. 2008, 18, 185-193
4. Laughton, C. A.; Harris, S. A. WIREs Comput. Mol. Sci. 2011, in press.
5. Hobza, P.; Sponer, J. Chem. Rev. 1999, 99, 3247
6. Hobza, P.; Sponer, J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11802
7. Sponer, J.; Jurecka, P.; Hobza, P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10142
8. Watson, J. D.; Crick, F. H. C. Nature 1953, 171, 964
9. Kool, E. T. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 936
10. Chiba, J.; Inouye, M. Chem. Biodivers. 2010, 7, 259
11. Krueger, A. T.; Kool, E. T. Chem Biol. 2009, 16, 242
12. Robles, J.; Grandas, A.; Pedroso, E.; Luque, F. J.; Eritja, R.; Orozco, M. Curr. Org. Chem. 2002, 6, 1333
13. Henry, A. A.; Romesberg, F. E. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 727
14. Sivakova, S.; Rowan, S. J. Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 9
15. Moser, M. J.; Prudent, J. R. Nucleic Acids Res. 2003, 31, 5048
16. Minakawa, N.; Kojima, N.; Hikishima, S.; Sasaki, T.; Kiyosue, A.; Atsumi, N.; Ueno, Y.; Matsuda, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9970
17. Hikishima, S.; Minakawa, N.; Kuramoto, K.; Fujisawa, Y.; Ogawa, M.; Matsuda, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 596
18. Li, H.; Qiu, Y.; Moyroud, E.; Kishi, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 1471
19. Kryachko, E. S.; Nguyen, M. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 9319
20. Tanaka, K.; Tengeiji, A.; Kato, T.; Toyama, N.; Shionoya, M. Science 2003, 299, 1212
21. Takezawa, Y.; Tanaka, K.; Yori, M.; Tashiro, S.; Shiro, M.; Shionoya, M. J. Org. Chem. 2008, 73, 6092
22. Clever, G. H.; Kaul, C.; Carell, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6226
23. Polonius, F. A.; Muller, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5602
24. Mitsui, T.; Kitamura, A.; Kimoto, M.; To, T.; Sato, A.; Hirao, I.; Yokoyama, S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5298
25. Henry, A. A.; Olsen, A. G.; Matsuda, S.; Yu, C.; Geierstanger, B. H.; Romesberg, F. E. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6923
26. Matsuda, S.; Fillo, J. D.; Henry, A. A.; Rai, P.; Wilkens, S. J.; Dwyer, T. J.; Geierstanger, B. H.; Wemmer, D. E.; Schultz, P. G.; Spraggon, G.; Romesberg, F. E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10466
27. Seo, Y. J.; Hwang, G. T.; Ordoukhanian, P.; Romesberg, F. E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3246
28. Liu, H.; Gao, J.; Lynch, S. R.; Saito, Y. D.; Maynard, L.; Kool, E. T. Science 2003, 302, 868
29. Liu, H.; Gao, J.; Maynard, L.; Saito, Y. D.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1102
30. Gao, J.; Liu, H.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11826
31. Liu, H.; Gao, J.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1396
32. Lu, H.; He, K.; Kool, E. T. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5834
33. Lee, A. H.; Kool, E. T. J. Org. Chem. 2005, 70, 132
34. Lee, A. H.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3332
35. Lee, A. H.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9219
36. Minakawa, N.; Ogata, S.; Takahashi, M.; Matsuda, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1644
37. Doi, Y.; Chiba, J.; Morikawa, T.; Inouye, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8762
38. Battersby, T. R.; Albalos, M.; Friesenhahn, M. J. Chem. Biol. 2007, 14, 525
39. Heuberger, B. D.; Switzer, C. ChemBioChem 2008, 9, 2779
40. Liu, H.; Lynch, S. R.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6900
41. Huertas, O.; Blas, J. R.; Soteras, I.; Orozco, M.; Luque, F. J. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 510
42. McConnell, T. L.; Wetmore, S. D. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2999
43. Gao, J.; Liu, H.; Kool, E. T. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 3118
44. Fuentes-Cabrera, M.; Sumpter, B. G.; Wells, J. C. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 21135
45. Fuentes-Cabrera, M.; Sumpter, B. G.; Lipkowski, P.; Wells, J. C. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 6379
46. Huertas, O.; Poater, J.; Fuentes-Cabrera, M.; Orozco, M.; Sola, M.; Luque, F. J. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 12249
47. Vazquez-Mayagoita, A.; Huertas, O.; Fuentes-Cabrera, M.; Sumpter, B. G.; Orozco, M.; Luque, F. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2179
48. Slinker, J. D.; Muren, N. B.; Renfrew, S. E.; Barton, J. K. Nat. Chem. 2011, 3, 228
49. Endres, R. G.; Cox, D. L.; Singh, R. R. P. Rev. Mod. Phys. 2004, 76, 195
50. Fuentes-Cabrera, M.; Zhao, X.; Kent, P. R.; Sumpter, B. G. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 9057
51. Migliore, A.; Corni, S.; Varsano, D.; Klein, M. L.; Di Felice, R. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 9402
52. Krueger, A. T.; Lu, H.; Hojland, T.; Liu, H.; Gao, J.; Kool, E. T. Nucleic Acids Symp. Ser. 2008, 52, 455
53. Krueger, A. T.; Lu, H.; Lee, A. H.; Kool, E. T. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 141
54. Delaney, J. C.; Gao, J.; Liu, H.; Shrivastav, N.; Essigmann, J. M.; Kool, E. T. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 4524
55. Lu, H.; Krueger, A. T.; Gao, J.; Liu, H.; Kool, E. T. Org. Biomol. Chem. 2010, 8, 2704
56. Lewis, J. P.; Cheatham, T. E.; Starikov, E. B.; Wang, H.; Sankey, O. F. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 2581
57. Zhang, L.; Chen, X.; Liu, H.; Han, L.; Cukier, R. I.; Bu, Y. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 3726
58. Curutchet, C.; Voityuk, A. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 1820
59. Shields, G. C.; Laughton, C. A.; Orozco, M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7463
60. Darden, T. L.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089
61. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327
62. Perez, A.; Marchan, I.; Svozil, D.; Sponer, J.; Cheatham, T. E., 3rd; Laughton, C. A.; Orozco, M. Biophys. J. 2007, 92, 3817
63. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926
64. Case, D. A.; Darden, T. A.; Cheatham, T. E., III; Simmerling, C. L.; Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.; Merz, K. M.; Pearlman, D. A.; Crowley, M.; Walker, R. C.; Zhang, W.; Wang, B.; Hayik, S.; Roitberg, A.; Seabra, G.; Wong, K. F.; Paesani, F.; Wu, X.; Brozell, S.; Tsui, V.; Gohlke, H.; Yang, L.; Tan, C.; Mongan, J.; Hornak, V.; Cui, G.; Beroza, P.; Mathews, D. H.; Schafmeister, C.; Ross, W. S.; Kollman, P. A. AMBER 9, University of California, University of California, San Francisco, 2006.
65. Lu, X. J.; Olson, W. K. Nucleic Acids Res. 2003, 31, 5108
66. Andricioaei, I.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 2001, 115, 6289
67. Harris, S. A.; Gavathiotis, E.; Searle, M. S.; Orozco, M.; Laughton, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12658
68. Amadei, A.; Linssen, A. B.; Berendsen, H. J. C. Proteins 1993, 17, 412
69. Lankas, F.; Sponer, J.; Langowski, J.; Cheatham, T. E., 3rd. Biophys. J. 2003, 85, 2872
70. Olson, W. K.; Gorin, A. A.; Lu, X. J.; Hock, L. M.; Zhurkin, V. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998, 95, 11163
71. Perez, A.; Blas, J. R.; Rueda, M.; López-Bes, J. M.; de la Cruz, X.; Luque, F. J.; Orozco, M. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 790
72. Soler, J. M.; Artacho, E.; Gale, J. D.; García, A.; Junquera, J.; Ordejón, P.; Sánchez-Portal, D. J. Phys: Condens. Matter 2002, 14, 2745
73. Artacho, E.; Machado, M.; Sánchez-Portal, D.; Ordejón, P.; Soler, J. M. Mol. Phys. 2003, 101, 1587
74. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
75. Gonzalez, C.; Stec, W.; Reynolds, M. A.; James, T. L. Biochemistry 1995, 34, 4969
76. Isaacs, R. J.; Spielmann, H. P. J. Mol. Biol. 2001, 311, 149
77. Perez, A.; Luque, F. J.; Orozco, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14739
78. Lynch, S. R.; Liu, H.; Gao, J.; Kool, E. T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14704
79. de Pablo, P. J.; Moreno-Herrero, F.; Colchero, J.; Gómez-Herrero, J.; Herrero, P.; Baró, A. M.; Ordejón, P.; Soler, J. M.; Artacho, E. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 4992
80. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rösch, N. Chem. Phys. Lett. 2000, 324, 430
81. Lewis, J. P.; Pikus, J.; Cheatham, T. E.; Starikov, E. B.; Wang, H.; Tomfohr, J.; Sankey, O. Phys. Stat. Solidi (b) 2002, 233, 90
82. Anderson, P. W. Phys. Rev. 1958, 109, 1492
83. Woiczikowski, P. B.; Kubař, T.; Gutiérrez, R.; Caetano, R. A.; Cuniberti, G.; Elstner, M. J. Chem. Phys. 2009, 130, 215104
84. Gutiérrez, R.; Caetano, R.; Woiczikowski, P. B.; Kubar, T.; Elstner, M.; Cuniberti, G. New J. Phys. 2010, 12, 023022
85. Kubar, T.; Eltsner, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8788