QM/MM studies of hairpin ribozyme self-cleavage suggest the feasibility of multiple competing reaction mechanisms

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 47, 2011, Pages 13911-13924

  Mlýnský, Vojtěch ^a   Banáš, Pavel ^a   Walter, Nils G ^b   Šponer, Jiří ^c,d   Otyepka, Michal ^a  

^a PALACKÝ UNIVERSITY   (Czech Republic)

^b UNIVERSITY OF MICHIGAN   (United States)

^c INSTITUTE OF BIOPHYSICS   (Czech Republic)

^d MASARYK UNIVERSITY   (Czech Republic)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

METAL IONS;

ACTIVATION BARRIERS; HAIRPIN RIBOZYME; NON-BRIDGING OXYGEN; NUCLEOPHILIC ATTACK; PHOSPHATE OXYGEN; QUANTUM MECHANICAL; RATE LIMITING; REACTION BARRIERS; REACTION MECHANISM; REACTION PATHWAYS; RIBOZYMES; SELF-CLEAVAGE;

OXYGEN;

EID: 81855227284     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp206963g     Document Type: Article

References (81)

1. Buzayan, J. M.; Hampel, A.; Bruening, G. Nucleic Acids Res. 1986, 14, 9729-9743
2. Buzayan, J. M.; Feldstein, P. A.; Segrelles, C.; Bruening, G. Nucleic Acids Res. 1988, 16, 4009-4023
3. van Tol, H.; Buzayan, J. M.; Feldstein, P. A.; Eckstein, F.; Bruening, G. Nucleic Acids Res. 1990, 18, 1971-1975
4. Fedor, M. J. Annu. Rev. Biophys. 2009, 38, 271-299
5. Lilley, D. M. Trends Biochem. Sci. 2003, 28, 495-501
6. Fedor, M. J. J. Mol. Biol. 2000, 297, 269-291
7. Walter, N. G.; Burke, J. M. Curr. Opin. Chem. Biol. 1998, 2, 24-30
8. Cochrane, J. C.; Strobel, S. A. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1027-1035
9. Pinard, R.; Hampel, K. J.; Heckman, J. E.; Lambert, D.; Chan, P. A.; Major, F.; Burke, J. M. EMBO J. 2001, 20, 6434-6442
10. Kuzmin, Y. I.; Da Costa, C. P.; Fedor, M. J. J. Mol. Biol. 2004, 340, 233-251
11. Rupert, P. B.; Ferre-D'Amare, A. R. Nature 2001, 410, 780-786
12. Rupert, P. B.; Massey, A. P.; Sigurdsson, S. T.; Ferre-D'Amare, A. R. Science 2002, 298, 1421-1424
13. Salter, J.; Krucinska, J.; Alam, S.; Grum-Tokars, V.; Wedekind, J. E. Biochemistry 2006, 45, 686-700
14. Lebruska, L. L.; Kuzmine, I. I.; Fedor, M. J. Chem. Biol. 2002, 9, 465-473
15. Bevilacqua, P. C. Biochemistry 2003, 42, 2259-2265
16. Walter, N. G. Mol. Cell 2007, 28, 923-929
17. Nam, K. H.; Gao, J. L.; York, D. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4680-4691
18. Nam, K.; Gao, J. L.; York, D. M. RNA 2008, 14, 1501-1507
19. Kuzmin, Y. I.; Da Costa, C. P.; Cottrell, J. W.; Fedor, M. J. J. Mol. Biol. 2005, 349, 989-1010
20. Guo, M.; Spitale, R. C.; Volpini, R.; Krucinska, J.; Cristalli, G.; Carey, P. R.; Wedekind, J. E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12908-12909
21. Cottrell, J. W.; Scott, L. G.; Fedor, M. J. J. Biol. Chem. 2011, 286, 17658-17664
22. Rhodes, M. M.; Reblova, K.; Sponer, J.; Walter, N. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 13380-13385
23. Ditzler, M. A.; Sponer, J.; Walter, N. G. RNA 2009, 15, 560-575
24. Mlynsky, V.; Banas, P.; Hollas, D.; Reblova, K.; Walter, N. G.; Sponer, J.; Otyepka, M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 6642-6652
25. Zirbel, C. L.; Sponer, J. E.; Sponer, J.; Stombaugh, J.; Leontis, N. B. Nucleic Acids Res. 2009, 37, 4898-4918
26. Liu, L.; Cottrell, J. W.; Scott, L. G.; Fedor, M. J. Nat. Chem. Biol. 2009, 5, 351-357
27. Wilson, T. J.; Lilley, D. M. RNA 2011, 17, 213-221
28. Cottrell, J. W.; Kuzmin, Y. I.; Fedor, M. J. J. Biol. Chem. 2007, 282, 13498-13507
29. Suydam, I. T.; Levandoski, S. D.; Strobel, S. A. Biochemistry 2010, 49, 3723-3732
30. Lide, D. R., Ed.; CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83 rd ed.; CRC: Boca Raton, FL, 2003.
31. Torelli, A. T.; Krucinska, J.; Wedekind, J. E. RNA 2007, 13, 1052-1070
32. Macelrevey, C.; Salter, J. D.; Krucinska, J.; Wedekind, J. E. RNA 2008, 14, 1600-1616
33. Torelli, A. T.; Spitale, R. C.; Krucinska, J.; Wedekind, J. E. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 371, 154-158
34. Spitale, R. C.; Volpini, R.; Heller, M. G.; Krucinska, J.; Cristalli, G.; Wedekind, J. E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6093-6095
35. Warshel, A.; Levitt, M. J. Mol. Biol. 1976, 103, 227-249
36. Banas, P.; Jurecka, P.; Walter, N. G.; Sponer, J.; Otyepka, M. Methods 2009, 49, 202-216
37. Otyepka, M.; Banas, P.; Magistrato, A.; Carloni, P.; Damborsky, J. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2008, 70, 707-717
38. Banas, P.; Rulisek, L.; Hanosova, V.; Svozil, D.; Walter, N. G.; Sponer, J.; Otyepka, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11177-11187
39. Warshel, A.; Sharma, P. K.; Kato, M.; Xiang, Y.; Liu, H. B.; Olsson, M. H. M. Chem. Rev. 2006, 106, 3210-3235
40. Frisch, M. J.; Gaussian 09; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
41. Scalmani, G.; Frisch, M. J. J. Chem. Phys. 2010, 132, 114110
42. Halkier, A.; Helgaker, T.; Jorgensen, P.; Klopper, W.; Koch, H.; Olsen, J.; Wilson, A. K. Chem. Phys. Lett. 1998, 286, 243-252
43. Halkier, A.; Helgaker, T.; Jorgensen, P.; Klopper, W.; Olsen, J. Chem. Phys. Lett. 1999, 302, 437-446
44. Jurecka, P.; Hobza, P. Chem. Phys. Lett. 2002, 365, 89-94
45. Jurecka, P.; Hobza, P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 15608-15613
46. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19357-19363
47. Frisch, M. J.; Gaussian 03; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
48. Wang, J. M.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1049-1074
49. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
50. Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
51. Dunlap, B. I. J. Chem. Phys. 1983, 78, 3140-3142
52. Dunlap, B. I. J. Mol. Struct. THEOCHEM 2000, 529, 37-40
53. Perreault, D. M.; Anslyn, E. V. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 432-450
54. Lynch, B. J.; Fast, P. L.; Harris, M.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4811-4815
55. Lynch, B. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 2936-2941
56. Sponer, J.; Jurecka, P.; Marchan, I.; Luque, F. J.; Orozco, M.; Hobza, P. Chem.-Eur. J 2006, 12, 2854-2865
57. Warshel, A. Computer Modeling of Chemical Reactions in Enzymes and Solutions; John Wiley and Sons: New York, 1991.
58. Torres, R. A.; Himo, F.; Bruice, T. C.; Noodleman, L.; Lovell, T. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9861-9867
59. Liu, Y.; Gregersen, B. A.; Lopez, X.; York, D. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19987-20003
60. Lopez, X.; Dejaegere, A.; Leclerc, F.; York, D. M.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11525-11539
61. Liu, Y.; Gregersen, B. A.; Hengge, A.; York, D. M. Biochemistry 2006, 45, 10043-10053
62. Liu, H.; Robinet, J. J.; Ananvoranich, S.; Gauld, J. W. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 439-445
63. Chval, Z.; Chvalova, D.; Leclerc, F. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 10943-10956
64. Boero, M.; Terakura, K.; Tateno, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8949-8957
65. Liu, H. N.; Robinet, J. J.; Ananvoranich, S.; Gauld, J. W. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 439-445
66. Tomasi, J.; Mennucci, B.; Cammi, R. Chem. Rev. 2005, 105, 2999-3093
67. Colominas, C.; Luque, F. J.; Orozco, M. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6811-6821
68. Zgarbova, M.; Jurecka, P.; Banas, P.; Otyepka, M.; Sponer, J. E.; Leontis, N. B.; Zirbel, C. L.; Sponer, J. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 11277-11292
69. Young, K. J.; Gill, F.; Grasby, J. A. Nucleic Acids Res. 1997, 25, 3760-3766
70. Gao, J.; Ma, S.; Major, D. T.; Nam, K.; Pu, J.; Truhlar, D. G. Chem. Rev. 2006, 106, 3188-3209
71. Ditzler, M. A.; Otyepka, M.; Sponer, J.; Walter, N. G. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 40-47
72. Hobza, P.; Sponer, J. Chem. Rev. 1999, 99, 3247-3276
73. Sponer, J.; Jurecka, P.; Hobza, P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10142-10151
74. Morgado, C. A.; Jurecka, P.; Svozil, D.; Hobza, P.; Sponer, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 3522-3534
75. Riley, K. E.; Pitonak, M.; Jurecka, P.; Hobza, P. Chem. Rev. 2010, 110, 5023-5063
76. Lin, H.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 185-199
77. Nam, K.; Cui, Q.; Gao, J. L.; York, D. M. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 486-504
78. Iyengar, S. S.; Schlegel, H. B.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 7269-7277
79. Voth, G. A.; Rega, N.; Iyengar, S. S.; Schlegel, H. B.; Vreven, T.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4210-4220
80. Bevilacqua, P. C.; Brown, T. S.; Nakano, S.; Yajima, R. Biopolymers 2004, 73, 90-109
81. Banas, P.; Walter, N. G.; Sponer, J.; Otyepka, M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 8701-8712