Force field development for cofactors in the photosystem II

Journal of Computational Chemistry

Volumn 33, Issue 25, 2012, Pages 1969-1980

  Zhang, Lu ^a   Silva, Daniel Adriano ^a   Yan, Yijing ^a,b   Huang, Xuhui ^a  

^a HONG KONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Hong Kong)

^b UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA   (China)

Author keywords

chromophore; force field; molecular dynamics; molecular mechanics; photosystem II

Indexed keywords

AB INITIO; CHLOROPHYLL A; COFACTORS; ENERGY TRANSFER PROCESS; FORCE FIELDS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; OXYGENIC PHOTOSYNTHETIC ORGANISMS; PARTIAL CHARGES; PHOTOSYSTEM II; PROTEIN COMPLEXES; REDOX FORMS; SMALL MOLECULES; STRUCTURAL DATA; THEORETICAL MODELS;

ABSORPTION SPECTROSCOPY; CALCULATIONS; CHLOROPHYLL; CHROMOPHORES; ENERGY TRANSFER; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR MECHANICS; PLANTS (BOTANY); PORPHYRINS; QUANTUM THEORY;

DIHEDRAL ANGLE;

BETA CAROTENE; CHLOROPHYLL; CHLOROPHYLL A; HEME; PHEOPHYTIN; PHEOPHYTIN A; PLASTOQUINONE;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; METABOLISM; MOLECULAR DYNAMICS; PHOTOSYSTEM II; QUANTUM THEORY;

BETA CAROTENE; CHLOROPHYLL; HEME; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; MOLECULAR STRUCTURE; PHEOPHYTINS; PHOTOSYSTEM II PROTEIN COMPLEX; PLASTOQUINONE; QUANTUM THEORY;

EID: 84865415736     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.23016     Document Type: Article

References (72)

1. B. A. Diner, G. T. Babcock, Oxygenic Photosynthesis: The Light Reactions; Springer Netherlands, Vol. 4, 2004; pp. 213-247.
2. Govindjee,. Photosynthesis Research; Springer Netherlands, Vol. 87, 2006; pp. 331-335.
3. T. M. Bricker, D. F. Ghanotakis, Oxygenic Photosynthesis: The Light Reactions; Springer Netherlands, Vol. 4, 2004; pp. 113-136.
4. J. Barber, Quart. Rev. Biophys. 36, 2003, 71.
5. B. A. Diner, F. Rappaport, Annu. Rev. Plant Biol. 2002, 53, 551.
6. Y. Umena, K. Kawakami, J. R. Shen, N. Kamiya, Nature 2011, 473, 55.
7. R. E. Blankenship, Molecular Mechanisms of Photosynthesis; Blackwell Science Ltd: Oxford, UK, 2008.
8. F. Rappaport, B. A. Diner, Coordin. Chem. Rev. 2008, 252, 259.
9. T. Renger, E. Schlodder, J. Photochem,. Photobiol. B 2011, 104, 126.
10. G. Panitchayangkoon, D. V. Voronine, D. Abramavicius, J. R. Caram, N. H. C. Lewis, S. Mukamel, G. S. Engel, P Natl Acad Sci USA 2011, 108, 20908.
11. A. Zouni, H. T. Witt, J. Kern, P. Fromme, N. Krauss, W. Saenger, P. Orth, Nature 2001, 409, 739.
12. K. N. Ferreira, T. M. Iverson, K. Maghlaoui, J. Barber, S. Iwata, Science 2004, 303, 1831.
13. A. Guskov, J. Kern, A. Gabdulkhakov, M. Broser, A. Zouni, W. Saenger, Nat. Struct. Mol. Biol. 2009, 16, 334.
14. N. Kamiya, J. R. Shen, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 98.
15. C. Olbrich, J. Strumpfer, K. Schulten, U. Kleinekathofer, J Phys Chem Lett 2011, 2, 1771.
16. S. Vasil'ev, D. Bruce, Biophys. J. 2006, 90, 3062.
17. P. Palencar, T. Prudnikova, F. Vacha, M. Kuty, J. Mol. Model. 2009, 15, 923.
18. 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, 118, 2309.
19. K. Lindorff-Larsen, S. Piana, K. Palmo, P. Maragakis, J. L. Klepeis, R. O. Dror, D. E. Shaw, Prot. Struct. Funct. Bioinform. 2010, 78, 1950.
20. B. R. Brooks, R. E. Bruccoleri, B. D. Olafson, D. J. States, S. Swaminathan, M. Karplus, J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
21. B. R. Brooks, C. L. Brooks, A. D. Mackerell, L. Nilsson, R. J. Petrella, B. Roux, Y. Won, G. Archontis, C. Bartels, S. Boresch, A. Caflisch, L. Caves, Q. Cui, A. R. Dinner, M. Feig, S. Fischer, J. Gao, M. Hodoscek, W. Im, K. Kuczera, T. Lazaridis, J. Ma, V. Ovchinnikov, E. Paci, R. W. Pastor, C. B. Post, J. Z. Pu, M. Schaefer, B. Tidor, R. M. Venable, H. L. Woodcock, X. Wu, W. Yang, D. M. York, M. Karplus, J. Comput. Chem. 2009, 30, 1545.
22. C. Oostenbrink, A. Villa, A. E. Mark, W. F. Van Gunsteren, J Comput Chem 2004, 25, 1656.
23. W. L. Jorgensen, J. Tiradorives, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1657.
24. M. Ceccarelli, M. Lutz, M. Marchi, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3532.
25. M. Ceccarelli, P. Procacci, M. Marchi, J. Comput. Chem. 2003, 24, 129.
26. F. Autenrieth, E. Tajkhorshid, J. Baudry, Z. Luthey-Schulten, J. Comput. Chem. 2004, 25, 1613.
27. P. Palencar, F. Vacha, M. Kuty, Photosynthetica 2005, 43, 417.
28. P. Palencar, F. Vacha, M. Kuty, Force Field Development on Pigments of Photosystem 2 Reaction Centre; Springer: Heidelberg, Allemagne, 2005.
29. A. D. Mackerell, Jr., J. Comput. Chem. 2004, 25, 1584.
30. S. Vassiliev, P. Comte, A. Mahboob, D. Bruce, Biochemistry 2010, 49, 1873.
31. Y. Duan, C. Wu, S. Chowdhury, M. C. Lee, G. M. Xiong, W. Zhang, R. Yang, P. Cieplak, R. Luo, T. Lee, J. Caldwell, J. M. Wang, P. Kollman, J Comput Chem 2003, 24, 1999.
32. J. M. Wang, W. Wang, P. A. Kollman, D. A. Case, J. Mol. Graph. Model. 2006, 25, 247.
33. J. M. Wang, R. M. Wolf, J. W. Caldwell, P. A. Kollman, D. A. Case, J. Comput. Chem. 2004, 25, 1157.
34. Gaussion03, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. J. A. Montgomery, T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, 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, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, Eds.; Gaussion03; Gaussian, Inc.: Wallingford CT, 2004.
35. B. Hess, C. Kutzner, D. van der Spoel, E. Lindahl, J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435.
36. C. Kratky, J. D. Dunitz, Acta Crystallograph B 1977, 33, 545.
37. R. G. Little, K. R. Dymock, J. A. Ibers, J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 4532.
38. D. F. Koenig, Acta Crystallogr. 1965, 18, 663.
39. S. Pagola, P. W. Stephens, D. S. Bohle, A. D. Kosar, S. K. Madsen, Nature 2000, 404, 307.
40. C. Sterling, Acta Crystallograph. 1964, 17, 1224.
41. J. Vojtechovsky, K. Chu, J. Berendzen, R. M. Sweet, I. Schlichting, Biophys. J. 1999, 77, 2153.
42. G. Zocher, M. E. A. Richter, U. Mueller, C. Hertweck, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2292.
43. S. G. Wong, S. A. L. Tom-Yew, A. Lewin, N. E. Le Brun, G. R. Moore, M. E. P. Murphy, A. G. Mauk, J. Biol. Chem. 2009, 284, 18873.
44. C. C. Roothaan, J. Rev. Modern Phys. 1951, 23, 69.
45. A. D. Becke, J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
46. P. J. Stephens, F. J. Devlin, C. F. Chabalowski, M. J. Frisch, J. Phys Chem. US 1994, 98, 11623.
47. C. T. Lee, W. T. Yang, R. G. Parr, Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
48. B. Miehlich, A. Savin, H. Stoll, H. Preuss, Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 200.
49. R. A. Kendall, T. H. Dunning, R. J. Harrison, J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796.
50. J. Tomasi, B. Mennucci, E. Cances, J. Mol. Struct. Theochem. 1999, 464, 211.
51. C. S. Pomelli, J. Tomasi, V. Barone, Theor. Chem. Acc. 2001, 105, 446.
52. C. I. Bayly, P. Cieplak, W. D. Cornell, P. A. Kollman, J. Phys Chem. US 1993, 97, 10269.
53. G. Schaftenaar, J. H. Noordik, J. Comput. Aid Mol. Des. 2000, 14, 123.
54. J. P. Ryckaert, A. Bellemans, Faraday Discuss 1978, 66, 95.
55. G. Bussi, D. Donadio, M. Parrinello, J. Chem. Phys. 2007, 126, 014101.
56. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. Vangunsteren, A. Dinola, J. R. Haak, J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
57. U. Essmann, L. Perera, M. L. Berkowitz, T. Darden, H. Lee, L. G. Pedersen, J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577.
58. R. H. Byrd, P. H. Lu, J. Nocedal, C. Y. Zhu, Siam J. Sci. Comput. 1995, 16, 1190.
59. C. Y. Zhu, R. H. Byrd, P. H. Lu, Nocedal, J. ACM T Math. Software 1997, 23, 550.
60. B. Hess, H. Bekker, H. J. C. Berendsen, J. G. E. M. Fraaije, J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463.
61. E. Lindahl, P. Bjelkmar, P. Larsson, M. A. Cuendet, B. Hess, J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 459.
62. H. M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T. N. Bhat, H. Weissig, I. N. Shindyalov, P. E. Bourne, Nucl. Acids Res. 2000, 28, 235.
63. J. Franck, E. G. Dymond, Trans. Faraday Soc. 1926, 21, 536.
64. E. U. Condon, Phys. Rev. 1928, 32, 858.
65. R. Bauernschmitt, R. Ahlrichs, Chem. Phys. Lett. 1996, 256, 454.
66. M. E. Casida, C. Jamorski, K. C. Casida, D. R. Salahub, J. Chem. Phys. 1998, 108, 4439.
67. R. D. Amos, C. Van Caillie, Chem. Phys. Lett. 1999, 308, 249.
68. R. D. Amos, C. Van Caillie, Chem. Phys. Lett. 2000, 317, 159.
69. F. Furche, R. Ahlrichs, J. Chem. Phys. 2002, 117, 7433.
70. C. Olbrich, T. L. C. Jansen, J. Liebers, M. Aghtar, J. Strumpfer, K. Schulten, J. Knoester, U. Kleinekathofer, J. Phys Chem. B 2011, 115, 8609.
71. C. Olbrich, J. Strumpfer, K. Schulten, U. Kleinekathofer, J. Phys Chem. B 2011, 115, 758.
72. N. Nelson, C. F. Yocum, Annu. Rev. Plant Biol. 2006, 57, 521.