LeuRS synthetase: A first-principles investigation of the water-mediated editing reaction

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 42, 2011, Pages 12276-12286

  Boero, Mauro ^a,b  

^a INSTITUT DE PHYSIQUE ET CHIMIE DES MATÉRIAUX DE STRASBOURG   (France)

^b JAPAN ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BOND STRENGTH (CHEMICAL); DISSOCIATION; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; PROTONS;

C-O BOND CLEAVAGE; CRYSTALLOGRAPHIC STRUCTURE; DISSOCIATION PRODUCTS; EDITING REACTION; ELECTRON ACCEPTOR; ENZYMATIC ACTIVITIES; FIRST-PRINCIPLES INVESTIGATIONS; HYBRID QM/MM; INITIAL STAGES; LEWIS ACID; METADYNAMICS; NUCLEOTIDE BINDING; OH GROUP; REACTION MECHANISM; SYNTHETASES; THERMUS THERMOPHILUS; WATER MOLECULE;

MOLECULES;

EID: 80054949925     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp2070024     Document Type: Article

References (69)

1. Cusack, S.; Hartlein, M.; Leberman, R. Nucleic Acids Res. 1991, 19, 3489-3498
2. Nagel, G. M.; Doolittle, R. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 8121-8125
3. Delarue, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 1995, 5, 48-55
4. Ibba, M.; Soll, D. Annu. Rev. Biochem. 2000, 69, 617-650
5. Hendrickson, T. L.; Schimmel, P. In Transfer RNA-Dependent Amino Acid Discrimination by Aminoacyl-tRNA Synthetase; Lapointe, J. P. D.; Brakier-Gingras, L., Eds.; Landes Bioscience/Eurekah.com: Austin, TX, 2003; pp 34-64.
6. Schimmel, P. Annu. Rev. Biochem. 1987, 56, 125-158
7. Rao, S. T.; Rossmann, M. G. J. Mol. Biol. 1973, 76, 241-250
8. Xu, M.-G.; Chen, J.-F.; Martin, F.; Zhao, M.-W.; Eriani, G.; Wang, E.-D. J. Mol. Biol. 2002, 277, 41590-41596
9. Cavarelli, J.; Delagoutte, B.; Eriani, G.; Gangloff, J.; Moras, D. EMBO J. 1998, 17, 5438-5448
10. Silvian, L. F.; Wang, J.; Steitz, T. A. Science 1999, 285, 1074-1077
11. Fukai, S.; Nureki, O.; Sekine, S.; Shimada, A.; Tao, J.; Vassylyev, D. G.; Yokoyama, S. Cell 2000, 103, 793-803
12. Fukunaga, R.; Yokoyama, S. J. Mol. Biol. 2005, 346, 57-71
13. Fukunaga, R.; Yokoyama, S. Nat. Struct. Chem. Biol. 2005, 12, 915-922
14. Tukalo, M.; Yaremchuck, A.; Fukunaga, R.; Yokoyama, S.; Cusack, S. Nat. Struct. Chem. Biol. 2005, 12, 923-930
15. Fukunaga, R.; Yokoyama, S. Biochemistry 2007, 46, 4985-4996
16. Schmidt, E.; Schimmel, P. Science 1994, 264, 265-267
17. Lin, L.; Hale, S. P.; Schimmel, P. Nature 1996, 384, 33-34
18. Lin, L.; Schimmel, P. Biochemistry 1996, 35, 5596-5601
19. Chen, J. F.; Guo, N. N.; Li, T.; Wang, E. D.; Wang, Y. L. Biochemistry 2000, 39, 6726-6731
20. Fukunaga, R.; Fukai, S.; Ishitani, R.; Nureki, O.; Yokoyama, S. J. Biol. Chem. 2004, 279, 8396-8402
21. Cura, V.; Olieric, N.; Guichard, A.; En-Duo, W.; Moras, D.; Eriani, G.; Cavarelli, J. Acta Crystallogr. 2005, F61, 899-901
22. Rho, S. B.; Lincecum, T. L.; Martins, S. A. EMBO J. 2002, 21, 6874-6881
23. Martinis, S. A.; Hsu, J. L. J. Mol. Biol. 2008, 376, 482-491
24. Eriani, G.; Delarue, M.; Poch, O.; Gangloff, J.; Moras, D. Nature 1990, 347, 203-206
25. Hagiwara, Y.; Nureki, O.; Tateno, M. FEBS Lett. 2009, 583, 1901-1908
26. Hagiwara, Y.; Nureki, O.; Tateno, M. FEBS Lett. 2009, 583, 825-830
27. Hagiwara, Y.; Field, M. J.; Nureki, O.; Tateno, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2751-2758
28. Lincecum, T. L., Jr.; Tukalo, M.; Yaremchuk, A.; Mursinna, R. S.; Williams, A. M.; Sproat, B. S.; Van Den Eynde, W.; Link, A.; Van Calenbergh, S.; Grotli, M.; Martinis, S. A.; Cusack, S. Mol. Cell 2003, 11, 951-963
29. Mursinna, R. S.; Lincecum, T. L., Jr.; Martinis, S. A. Biochemistry 2001, 40, 5376-5381
30. Zhai, Y.; Martinis, S. A. Biochemistry 2005, 44, 15437-15443
31. Cornell, W. D.; Cieplack, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M., Jr.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179-5197
32. Case, D. A.; Cheatham, T. E.; Darden, T.; Gohlke, H.; Luo, R.; Merz, K. M.; Onufriev, A.; Simmerling, C.; Wang, B.; Woods, R. J. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1668-1688
33. The adiabatic mapping consists of a set of geometry optimizations performed after short molecular dynamics runs on different configurations, sampled along a reactive trajectory for a set of fixed reaction coordinate(s) as explained in Hagiwara, Y.; Ohta, T.; Tateno, M. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 064234
34. Gervasio, F. L.; Carloni, P.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 108102
35. Carloni, P.; Röthlisberger, U.; Parrinello, M. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 455-464
36. Colombo, M. C.; Guidoni, L.; Laio, A.; Magistrato, A.; Maurer, P.; Piana, S.; Rohrig, U.; Spiegel, K.; Sulpizi, M.; VandeVondele, J.; Zumstein, M.; Röthlisberger, U. Chimia 2002, 56, 13-19
37. Magistrato, A.; De Grado, W. F.; Laio, A.; Röthlisberger, U.; VandeVondele, J.; Klein, M. L. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4182-4188
38. von Lilienfeld, O. A.; Tavernelli, I.; Röthlisberger, U.; Sebastiani, D. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014133
39. Boero, M.; Ikeda, T.; Ito, E.; Terakura, K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16798-16807
40. Dal Peraro, M.; Ruggerone, P.; Raugei, S.; Gervasio, F. L.; Carloni, P. Curr. Opinion Struct. Biol. 2007, 17, 149-156
41. Gervasio, F. L.; Boero, M.; Parrinello, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 5606-5609
42. Boero, M.; Gervasio, F. L.; Parrinello, M. Mol. Simul. 2007, 33, 57-60
43. Boero, M.; Park, J. M.; Hagiwara, Y.; Tateno, M. J. Phys.: Condens. Matter 2007, 19, 365217
44. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133-A1138
45. Hamprecht, F. A.; Cohen, A. J.; Tozer, D. J.; Handy, N. C. J. Chem. Phys. 1998, 109, 6264-6271
46. Boese, A. D.; Doltsinis, N. L.; Handy, N. C.; Sprik, M. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1670-1678
47. Gervasio, F.; Laio, A.; Iannuzzi, M.; Parrinello, M. Chem.-Eur. J. 2004, 10, 4846-4852
48. Boero, M.; Tateno, M.; Terakura, K.; Oshiyama, A. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 925-934
49. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471-2474
50. CPMD, version 3.13.1; http://www.cpmd.org; Copyright IBM Corp. 1990-2011; Copyright MPI für Festkörperforschung Stuttgart, 1997-2001.
51. Troullier, N.; Martins, J. L. Phys. Rev. B 1991, 43, 1993-2006
52. Laio, A.; VandeVondele, J.; Röthlisberger, U. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6941-6947
53. Laio, A.; VandeVondele, J.; Röthlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7300-7307
54. Nosé, S. Mol. Phys. 1984, 52, 255-268
55. Nosé, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511-519
56. Hoover, W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695-1697
57. Grossman, J. C.; Schwegeler, E.; Draeger, E. W.; Gygi, F.; Galli, G. J. Chem. Phys. 2004, 120, 300-311
58. Laio, A.; Parrinello, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12562-12566
59. Iannuzzi, M.; Laio, A.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 238302
60. Sprik, M.; Ciccotti, G. J. Chem. Phys. 1998, 109, 7737-7744
61. Laio, A.; Rodriguez-Fortea, A.; Gervasio, F. L.; Ceccarelli, M.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6714-6721
62. Laio, A.; Gervasio, F. L. Rep. Prog. Phys. 2008, 71, 126601
63. Silvestrelli, P. L.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2002, 111, 3572-3580
64. Schmidt, D. A.; Scipioni, R.; Boero, M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7725-7729
65. Bergman, D. L. Chem. Phys. 2000, 253, 267-282
66. Walrafen, G. E.; Fisher, M. R.; Hokmabadi, M. S.; Yang, W.-H. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6970-6982
67. Rock, F. L.; Mao, W.; Yaremchuck, A.; Tukalo, M.; Crépin, T.; Zhou, H.; Zhang, Y.-K.; Hernandez, V.; Akama, T.; Baker, S. J. Science 2007, 316, 1759-1761
68. Kamiya, K.; Boero, M.; Tateno, M.; Shiraishi, K.; Oshiyama, A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9663-9673
69. Boero, M.; Ikeshoji, T.; Terakura, K. ChemPhysChem 2005, 6, 1775-1779