Electrostatic polarization is critical for the strong binding in streptavidin-biotin system

Journal of Computational Chemistry

Volumn 33, Issue 15, 2012, Pages 1374-1382

  Mei, Ye ^a   Li, Yong L ^a   Zeng, Juan ^a   Zhang, John Z H ^a,b  

^a EAST CHINA NORMAL UNIVERSITY   (China)

^b NEW YORK UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

electrostatic polarization; streptavidin; thermodynamics integration

Indexed keywords

AMBER FORCE-FIELD; ATOMIC CHARGE; BINDING AFFINITIES; BINDING FREE ENERGY; ELECTRONIC POLARIZATION; ELECTROSTATIC POLARIZATION; EXPERIMENTAL OBSERVATION; IMINOBIOTIN; LINEAR RESPONSE APPROXIMATION; LINEAR SCALING; POLARIZATION EFFECT; QUANTUM MECHANICAL METHOD; SOLVATION MODELS; STREPTAVIDIN; STRONG BINDING; THERMODYNAMIC INTEGRATION;

AMBER; BINDING ENERGY; COENZYMES; ELECTROSTATICS; PROTEINS; QUANTUM THEORY; THERMODYNAMICS;

POLARIZATION;

BIOTIN; STREPTAVIDIN;

ARTICLE; BINDING SITE; CHEMISTRY; PROTEIN BINDING; STATIC ELECTRICITY;

BINDING SITES; BIOTIN; PROTEIN BINDING; STATIC ELECTRICITY; STREPTAVIDIN;

EID: 84860361605     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.22970     Document Type: Article

References (65)

1. A. Warshel, P. K. Sharma, M. Kato, W. W. Parson, BBA-Proteins Proteom 2006, 1764, 1647.
2. J. B. Matthew, Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1985, 14, 387.
3. D. E. Shaw, P. Maragakis, K. Lindorff-Larsen, S. Piana, R. O. Dror, M. P. Eastwood, J. A. Bank, J. M. Jumper, J. K. Salmon, Y. Shan, W. Wriggers, Science 2010, 330, 341.
4. S. C. L. Kamerlin, S. Vicatos, A. Dryga, A. Warshel, Annu. Rev. Phys. Chem. 2011, 62, 41.
5. A. Laio, F. L. Gervasio, Rep. Prog. Phys. 2008, 71, 126601.
6. S. Lifson, A. Warshel, J. Chem. Phys. 1968, 49, 5116.
7. B. R. Brooks, R. E. Bruccoleri, B. D. Olafson, D. J. States, S. Swaminathan, M. Karplus, J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
8. D. A. Pearlman, D. A. Case, J. W. Caldwell, W. S. Ross, I. T. E. Cheatham, S. DeBolt, D. Ferguson, G. Seibel, P. A. Kollman, Comput. Phys. Commun. 1995, 91, 1.
9. A. T. Hagler, E. Huler, S. Lifson, J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 5319.
10. G. Nemethy, M. S. Pottle, H. A. Scheraga, J. Phys. Chem. 1983, 87, 1883.
11. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, A. DiNola, J. R. Haak, J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
12. W. L. Jorgensen, J. Chem. Theory Comput. 2007, 12, 1877.
13. M. S. Gordon, D. G. Fedorov, S. R. Pruitt, L. V. Slipchenko, Chem. Rev. 2012, 112, 632.
14. T. Nakano, T. Kaminuma, T. Sato, Y. Akiyama, M. Uebayasi, K. Kitaura, Chem. Phys. Lett. 2000, 318, 614.
15. J. Gao, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 657.
16. D. G. Fedorov, K. Kitaura, H. Li, J. H. Jensen, M. S. Gordon, J. Comput. Chem. 2006, 27, 976.
17. D. W. Zhang, Y. Xiang, J. Z. H. Zhang, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12039.
18. X. H. Chen, Y. K. Zhang, J. Z. Zhang, H., J. Chem. Phys. 2005, 122, 184105.
19. X. He, J. Z. H. Zhang, J. Chem. Phys. 2006, 124, 184703.
20. V. Deev, M. A. Collins, J. Chem. Phys. 2005, 122, 154102.
21. S. H. Li, W. Li, T. Fang, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7215.
22. R. P. A. Bettens, A. M. Lee, J. Phys. Chem. A 2006, 110, 8777.
23. B. Wang, K. M. Merz, J. Chem. Theory Comput. 2005, 2, 209.
24. W. S. Xie, J. L. Gao, J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1890.
25. W. Xie, L. Song, D. G. Truhlar, J. Gao, J. Phys. Chem. B 2008, 112, 14124.
26. Y. J. Ma, Y. Liu, H. B. Ma, J. Chem. Phys. 2012, 136, 024113.
27. C. G. Ji, Y. Mei, J. Z. H. Zhang, Biophys. J. 2008, 95, 1080.
28. C. I. Bayly, P. Cieplak, W. Cornell, P. A. Kollman, J. Phys. Chem. 1993, 97, 10269.
29. P. Cieplak, W. D. Cornell, C. Bayly, P. A. Kollman, J. Comput. Chem. 1995, 16, 1357.
30. W. D. Cornell, P. Cieplak, C. I. Bayly, P. A. Kollmann, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9620.
31. C. G. Ji, J. Z. H. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17129.
32. L. L. Duan, Y. Mei, Q. G. Zhang, J. Z. H. Zhang, J. Chem. Phys. 2009, 130, 115102.
33. Z. J. Xu, Y. Mei, L. L. Duan, D. W. Zhang, Chem. Phys. Lett. 2010, 495, 151.
34. C. Y. Wei, Y. Mei, D. W. Zhang, Chem. Phys. Lett. 2010, 495, 121.
35. Y. Tong, C. G. Ji, Y. Mei, J. Z. H. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8636.
36. C. G. Ji, J. Z. H. Zhang, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13898.
37. Y. Tong, Y. Mei, Y. L. Li, C. G. Ji, J. Z. H. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5137.
38. L. L. Duan, Y. Mei, D. W. Zhang, Q. G. Zhang, J. Z. H. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11159.
39. C. Y. Wei, D. Tung, Y. M. Yip, Y. Mei, D. W. Zhang, J. Chem. Phys. 2011, 134, 171101.
40. N. M. Green, Biochem. J. 1963, 89, 585.
41. N. M. Green, Biochem. J. 1966, 101, 774.
42. N. M. Green, Adv. Protein Chem. 1975, 29, 85.
43. N. M. Green, Method Enzymol. 1990, 184, 51.
44. B. Kuhn, P. A. Kollman, J. Med. Chem. 2000, 43, 3786.
45. B. Kuhn, P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3909.
46. S. Miyamoto, P. A. Kollman, Proteins 1993, 16, 226.
47. J. DeChancie, K. N. Houk, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 5419.
48. P. Kollman, Chem. Rev. 1993, 93, 2395.
49. D. W. Zhang, J. Z. H. Zhang, J. Chem. Phys. 2003, 119, 3599.
50. A. M. Gao, D. W. Zhang, J. Z. H. Zhang, Y. K. Zhang, Chem. Phys. Lett. 2004, 394, 293.
51. D. A. Case, Case,;, T. A. Darden, T. E. Cheatham, III, C. L. Simmerling, J. Wang, R. E. Duke, R. Luo, R. Crowley, R. C. Walker, W. Zhang, K. M. Merz, B. Wang, S. Hayik, A. Roitberg, G. Seabra, I. Kolossvary, K. F. Wong, F. Paesani, J. Vanicek, X. Wu, S. R. Brozell, T. Steinbrecher, H. Gohlke, L. Yang, C. Tan, J. Mongan, V. Hornak, G. Cui, M. G. Seetin, C. Sagui, V. Babin, P. A. Kollman, Amber 10, 2008.
52. B. H. Besler, K. M. Merz, P. A. Kollman, J. Comput. Chem. 1990, 11, 431.
53. U. C. Singh, P. A. Kollman, J. Comput. Chem. 1984, 5, 129.
54. W. Rocchia, S. Sridharan, A. Nicholls, E. Alexov, A. Chiabrera, B. Honig, J. Comput. Chem. 2002, 23, 128.
55. W. D. Cornell, P. Cieplak, C. I. Bayly, I. R. Gould, K. M. Merz, D. M. Ferguson, D. C. Spellmeyer, T. Fox, J. W. Caldwell, P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179.
56. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian 09, Revision B.01, 2010.
57. T. Steinbrecher, D. L. Mobley, D. A. Case, J. Chem. Phys. 2007, 127, 214108
58. P. E. Smith, W. F. van Gunsteren, J. Phys. Chem. 1994, 98, 13735.
59. S. Boresch, M. Karplus, J. Mol. Biol. 1995, 254, 801.
60. J.-P. Ryckaert, G. Ciccotti, H. J. C. Berendsen, J. Comput. Phys. 1977, 23, 327.
61. T. Darden, D. York, L. Pedersen, J. Chem. Phys. 1993, 98, 1008910092.
62. V. Hornak, R. Abel, A. Okur, B. Strockbine, A. Roitberg, C. Simmerling, Proteins 2006, 65, 712.
63. J. M. Wang, R. M. Wolf, J. W. Caldwell, P. A. Kollman, D. A. Case, J. Comput. Chem. 2005, 26, 114.
64. D. S. Cerutti, I. L. Trong, R. E. Stenkamp, T. P. Lybrand, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6971.
65. O. Khoruzhii, A. G. Donchev, N. Galkin, A. Illarionov, M. Olevanov, V. Ozrin, C. Queen, V. Tarasov, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 10378.