Site-specific measurement of water dynamics in the substrate pocket of ketosteroid isomerase using time-resolved vibrational spectroscopy

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 37, 2012, Pages 11414-11421

  Jha, Santosh Kumar ^a,c   Ji, Minbiao ^b,d   Gaffney, Kelly J ^b   Boxer, Steven G ^a  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^c UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^d HARVARD UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSIS; CYANIDES; ENZYMES; MOLECULES; PHOTOEXCITATION; PROBES; SOLVATION; VIBRATIONAL SPECTROSCOPY;

ACTIVE SITE; AVERAGE BEHAVIOR; BULK WATER; CATALYTIC CYCLES; CATALYTIC REACTIONS; ELECTROSTATIC ENVIRONMENTS; FLUORESCENCE METHOD; H-BONDED; ISOMERASES; PHOTOACIDS; PROFICIENT ENZYMES; SITE-SPECIFIC; SITE-SPECIFIC MEASUREMENT; SOLVATION DYNAMICS; TIME-RESOLVED; WATER DIPOLES; WATER DYNAMICS; WATER MOLECULE;

DYNAMICS;

EID: 84866604190     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp305225r     Document Type: Article

References (75)

1. Maroncelli, M.; Macinnis, J.; Fleming, G. R. Science 1989, 243, 1674-1681
2. Jimenez, R.; Fleming, G. R.; Kumar, P. V.; Maroncelli, M. Nature 1994, 369, 471-473
3. Nandi, N.; Bhattacharyya, K.; Bagchi, B. Chem. Rev. 2000, 100, 2013-2046
4. Zhao, L.; Pal, S. K.; Xia, T.; Zewail, A. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 60-63
5. Pal, S. K.; Zewail, A. H. Chem. Rev. 2004, 104, 2099-2124
6. Heugen, U.; Schwaab, G.; Bründermann, E.; Heyden, M.; Yu, X.; Leitner, D. M.; Havenith, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 12301-12306
7. Weber, B. H.; Storm, M. C.; Boyer, P. D. Arch. Biochem. Biophys. 1974, 163, 1-6
8. Levitt, M.; Park, B. H. Structure 1993, 1, 223-226
9. Takano, K.; Funahashi, J.; Yamagata, Y.; Fujii, S.; Yutani, K. J. Mol. Biol. 1997, 274, 132-142
10. Ramasubbu, N.; Sundar, K.; Ragunath, C.; Rafi, M. M. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 421, 115-124
11. Hanoian, P.; Hammes-Schiffer, S. Biochemistry 2011, 50, 6689-6700
12. Klibanov, A. M. Nature 2001, 409, 241-246
13. Yang, L.; Dordick, J. S.; Garde, S. Biophys. J. 2004, 87, 812-821
14. Fenimore, P. W.; Frauenfelder, H.; McMahon, B. H.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004, 101, 14408-14413
15. Grossman, M.; Born, B.; Heyden, M.; Tworowski, D.; Fields, G. B.; Sagi, I.; Havenith, M. Nat. Struct. Mol. Biol. 2011, 18, 1102-1108
16. Guha, S.; Sahu, K.; Roy, D.; Mondal, S. K.; Roy, S.; Bhattacharyya, K. Biochemistry 2005, 44, 8940-8947
17. Halle, B.; Denisov, V. P. Methods Enzymol. 2002, 338, 178-201
18. Gottfried, O. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 1997, 31, 259-285
19. Halle, B. Philos. Trans. R. Soc., B 2004, 359, 1207-1223
20. Discussion: 1223-1204.
21. 1323-1208.
22. Zhang, L.; Wang, L.; Kao, Y.-T.; Qiu, W.; Yang, Y.; Okobiah, O.; Zhong, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 18461-18466
23. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3 rd ed.; Springer: New York, 2006.
24. Cohen, B. E.; McAnaney, T. B.; Park, E. S.; Jan, Y. N.; Boxer, S. G.; Jan, L. Y. Science 2002, 296, 1700-1703
25. Chang, C. W.; Guo, L.; Kao, Y. T.; Li, J.; Tan, C.; Li, T.; Saxena, C.; Liu, Z.; Wang, L.; Sancar, A.; Zhong, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 2914-2919
26. Chudoba, C.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 3010-3013
27. Chudoba, C.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 5625-5628
28. Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Appl. Phys. B: Lasers Opt. 2000, 71, 439-441
29. Asbury, J. B.; Wang, Y.; Lian, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2002, 75, 973-983
30. Rezus, Y. L. A.; Madsen, D.; Bakker, H. J. J. Chem. Phys. 2004, 121, 10599-10604
31. Nibbering, E. T.; Fidder, H.; Pines, E. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 337-367
32. Zhao, G.-J.; Han, K.-L. Acc. Chem. Res. 2011, 45, 404-413
33. Prémont-Schwarz, M.; Xiao, D.; Batista, V. S.; Nibbering, E. T. J. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 10511-10516
34. Xiao, D.; Premont-Schwarz, M.; Nibbering, E. T. J.; Batista, V. S. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 2775-2790
35. Van Tassle, A. J.; Prantil, M. A.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18989-18995
36. Ghosh, H. N.; Verma, S.; Nibbering, E. T. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 664-670
37. Lindquist, B. A.; Furse, K. E.; Corcelli, S. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 8119-8132
38. Getahun, Z.; Huang, C. Y.; Wang, T.; De Leon, B.; DeGrado, W. F.; Gai, F. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 405-411
39. Fafarman, A. T.; Webb, L. J.; Chuang, J. I.; Boxer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13356-13357
40. Schultz, K. C.; Supekova, L.; Ryu, Y.; Xie, J.; Perera, R.; Schultz, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13984-13985
41. Waegele, M. M.; Tucker, M. J.; Gai, F. Chem. Phys. Lett. 2009, 478, 249-253
42. Jo, H.; Culik, R. M.; Korendovych, I. V.; Degrado, W. F.; Gai, F. Biochemistry 2010, 49, 10354-10356
43. Fafarman, A. T.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 13536-13544
44. Hawkinson, D. C.; Eames, T. C.; Pollack, R. M. Biochemistry 1991, 30, 10849-10858
45. Ha, N.-C.; Choi, G.; Choi, K. Y.; Oh, B.-H. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 674-678
46. Feierberg, I.; Aqvist, J. Biochemistry 2002, 41, 15728-15735
47. Ralph, M, P. Bioorg. Chem. 2004, 32, 341-353
48. Childs, W.; Boxer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6474-6480
49. Jha, S. K.; Ji, M.; Gaffney, K. J.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108, 16612-16617
50. Kraut, D. A.; Sigala, P. A.; Pybus, B.; Liu, C. W.; Ringe, D.; Petsko, G. A.; Herschlag, D. PLoS Biol. 2006, 4, e99
51. Childs, W.; Boxer, S. G. Biochemistry 2010, 49, 2725-2731
52. Purcell, K. F.; Drago, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 919-924
53. Lindquist, B. A.; Corcelli, S. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 6301-6303
54. Fafarman, A. T.; Sigala, P. A.; Herschlag, D.; Boxer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12811-12813
55. Shelby, R. M.; Harris, C. B.; Cornelius, P. A. J. Chem. Phys. 1979, 70, 34-41
56. Choi, G.; Ha, N. C.; Kim, M. S.; Hong, B. H.; Oh, B. H.; Choi, K. Y. Biochemistry 2001, 40, 6828-6835
57. Kraut, D. A.; Sigala, P. A.; Fenn, T. D.; Herschlag, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 1960-1965
58. Kornblatt, J. A.; Kornblatt, M. J. Int. Rev. Cytol. 2002, 215, 49-73
59. Mazumder, D.; Kahn, K.; Bruice, T. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7553-7561
60. Sigala, P. A.; Caaveiro, J. M.; Ringe, D.; Petsko, G. A.; Herschlag, D. Biochemistry 2009, 48, 6932-6939
61. Maroncelli, M.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1988, 89, 5044-5069
62. Johnson, A. E.; Levinger, N. E.; Barbara, P. F. J. Phys. Chem. 1992, 96, 7841-7844
63. Benjamin, I.; Whitnell, R. M. Chem. Phys. Lett. 1993, 204, 45-52
64. Kliner, D. A. V.; Alfano, J. C.; Barbara, P. F. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5375-5389
65. Deak, J.; Chin, H. L.; Lewis, C. M.; Miller, R. J. D. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6621-6634
66. Mohammed, O. F.; Banerji, N.; Lang, B.; Nibbering, E. T. J.; Vauthey, E. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 13676-13680
67. Eom, H. S.; Jeoung, S. C.; Kim, D.; Ha, J.-H.; Kim, Y.-R. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 3661-3669
68. Winkler, J. R.; Creutz, C.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3470-3471
69. Chen, P. Y.; Meyer, T. J. Chem. Rev. 1998, 98, 1439-1477
70. Moller, K. B.; Rey, R.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 1275-1289
71. Eaves, J. D.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 9424-9436
72. Levinson, N. M.; Fried, S. D.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 2012, 10.1021/jp301054e
73. Levy, Y.; Onuchic, J. N. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2006, 35, 389-415
74. Chaplin, M. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, 7, 861-866
75. Jha, S. K.; Udgaonkar, J. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 12289-12294