Electronic absorption spectra from MM and ab initio QM/MM molecular dynamics: Environmental effects on the absorption spectrum of photoactive yellow protein

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 8, Issue 12, 2012, Pages 5092-5106

  Isborn, Christine M ^a,b   Götz, Andreas W ^c   Clark, Matthew A ^c   Walker, Ross C ^c,d   Martínez, Todd J ^a,b  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^c UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^d UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84870939227     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct3006826     Document Type: Conference Paper

References (100)

1. Warshel, A.; Levitt, M. J. Mol. Biol. 1976, 103, 227
2. Monard, G. r.; Merz, K. M. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 904
3. Bakowies, D.; Thiel, W. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10580
4. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1986, 7, 718
5. Sherwood, P. Hybrid Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Approaches. In Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry, 2nd ed.; Grotendorst, J., Ed.; John von Neumann Institute for Computing: Jülich, Germany, 2000; Vol. 3; p 285.
6. Gao, J.; Truhlar, D. G. Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 53, 467
7. Lin, H.; Truhlar, D. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 185
8. Senn, H. M.; Thiel, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1198
9. Zhang, R.; Lev, B.; Cuervo, J. E.; Noskov, S. Y.; Salahub, D. R. A Guide to QM/MM Methodology and Applications. In Advances in Quantum Chemistry; John, R. S.; Erkki, B., Eds.; Academic Press: New York, 2010; Vol. 59; pp 353.
10. Aaqvist, J.; Warshel, A. Chem. Rev. 1993, 93, 2523
11. Bathelt, C. M.; Zurek, J.; Mulholland, A. J.; Harvey, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12900
12. Rod, T. H.; Rydberg, P.; Ryde, U. J. Chem. Phys. 2006, 124, 174503
13. Beierlein, F. R.; Michel, J.; Essex, J. W. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 4911
14. Shim, S.; Rebentrost, P.; Valleau, S. p.; Aspuru-Guzik, A. n. Biophys. J. 2012, 102, 649
15. Walker, R. C.; de Souza, M. M.; Mercer, I. P.; Gould, I. R.; Klug, D. R. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 11658
16. Cho, B. M.; Walker, R. C.; Amer, H.; Mercer, I.; Klug, D. R.; Gould, I. R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 5954
17. Virshup, A. M.; Punwong, C.; Pogorelov, T. V.; Lindquist, B. A.; Ko, C.; Martínez, T. J. J. Phys. Chem. B 2008, 113, 3280
18. http://www.petachem.com (accessed July 1, 2012).
19. Ufimtsev, I. S.; Martinez, T. J. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 222
20. Ufimtsev, I. S.; Martinez, T. J. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1004
21. Ufimtsev, I. S.; Martinez, T. J. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2619
22. Isborn, C. M.; Luehr, N.; Ufimtsev, I. S.; Martinez, T. J. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 1814
23. Case, D. A.; Darden, T. A.; Cheatham, I.; Simmerling, C. L.; Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.; Walker, R. C.; Zhang, W.; Merz, K. M.; Roberts, B.; Hayik, S.; Roitberg, A.; Seabra, G.; Swails, J.; Götz, A. W.; Kolossvari, I.; Wong, K. F.; Paesani, F.; Vanicek, J.; Wolf, R. M.; Liu, J.; Wu, X.; Brozell, S. R.; Steinbrecher, T.; Gohlke, H.; Cai, Q.; Ye, X.; Wang, J.; Hsieh, M.-J.; Cui, G.; Roe, D. R.; Mathews, D. H.; Seetin, M. G.; Salomon-Ferrer, R.; Sagui, C.; Babin, V.; Luchko, T.; Gusarov, S.; Kovalenko, A.; Kollman, P. A. AMBER 12; University of California: San Francisco, CA, 2012.
24. Walker, R. C.; Crowley, M. F.; Case, D. A. J. Comput. Chem. 2008, 29, 1019
25. Götz, A. W.; Clark, M. C.; Walker, R. C. Manuscript in preparation.
26. MPI: A Message-passing Interface Standard, version 2.2; High-Performance Computing Center, University of Stuttgart: Stuttgart, Germany, 2009.
27. Fox, S. J.; Pittock, C.; Fox, T.; Tautermann, C. S.; Malcolm, N.; Skylaris, C.-K. J. Chem. Phys. 2011, 135, 224107
28. Meier, K.; Thiel, W.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2012, 33, 363
29. Johnson, E. R.; DiLabio, G. A. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2009, 898, 56
30. Flaig, D.; Beer, M.; Ochsenfeld, C. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 2260
31. van der Horst, M. A.; Hellingwerf, K. J. Acc. Chem. Res. 2003, 37, 13
32. Sprenger, W. W.; Hoff, W. D.; Armitage, J. P.; Hellingwerf, K. J. J. Bacteriol. 1993, 175, 3096
33. Baca, M.; Borgstahl, G. E. O.; Boissinot, M.; Burke, P. M.; Williams, D. R.; Slater, K. A.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1994, 33, 14369
34. Hoff, W. D.; Dux, P.; Hard, K.; Devreese, B.; Nugteren-Roodzant, I. M.; Crielaard, W.; Boelens, R.; Kaptein, R.; Beeumen, J. V.; Hellingwerf, K. J. Biochemistry 1994, 33, 13959
35. Genick, U. K.; Devanathan, S.; Meyer, T. E.; Canestrelli, I. L.; Williams, E.; Cusanovich, M. A.; Tollin, G.; Getzoff, E. D. Biochemistry 1997, 36, 8
36. Groenhof, G.; Lensink, M. F.; Berendsen, H. J. C.; Snijders, J. G.; Mark, A. E. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2002, 48, 202
37. Premvardhan, L. L.; van der Horst, M. A.; Hellingwerf, K. J.; van Grondelle, R. Biophys. J. 2003, 84, 3226
38. Borucki, B.; Otto, H.; Meyer, T. E.; Cusanovich, M. A.; Heyn, M. P. J. Phys. Chem. B 2004, 109, 629
39. Lee, I.-R.; Lee, W.; Zewail, A. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 258
40. Carroll, E. C.; Song, S.-H.; Kumauchi, M.; van Stokkum, I. H. M.; Jailaubekov, A.; Hoff, W. D.; Larsen, D. S. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2793
41. Philip, A. F.; Nome, R. A.; Papadantonakis, G. A.; Scherer, N. F.; Hoff, W. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 5821
42. Nielsen, I. B.; Boyé-Péronne, S.; El Ghazaly, M. O. A.; Kristensen, M. B.; Bröndsted Nielsen, S.; Andersen, L. H. Biophys. J. 2005, 89, 2597
43. Bravaya, K. B.; Grigorenko, B. L.; Nemukhin, A. V.; Krylov, A. I. Acc. Chem. Res. 2011, 45, 265
44. He, Z.; Martin, C. H.; Birge, R.; Freed, K. F. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 2939
45. Gromov, E. V.; Burghardt, I.; Köppel, H.; Cederbaum, L. S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 4623
46. Epifanovsky, E.; Polyakov, I.; Grigorenko, B.; Nemukhin, A.; Krylov, A. I. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1895
47. Epifanovsky, E.; Polyakov, I.; Grigorenko, B.; Nemukhin, A.; Krylov, A. I. J. Chem. Phys. 2010, 132, 115104
48. Zuev, D.; Bravaya, K. B.; Crawford, T. D.; Lindh, R.; Krylov, A. I. J. Chem. Phys. 2011, 134, 034310
49. Gromov, E. V.; Burghardt, I.; Köppel, H.; Cederbaum, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6798
50. Wang, Y.; Li, H. J. Chem. Phys. 2010, 133, 034108
51. Gromov, E. V.; Burghardt, I.; Hynes, J. T.; Köppel, H.; Cederbaum, L. S. J. Photochem. Photobiol., A 2007, 190, 241
52. Rocha-Rinza, T.; Christiansen, O.; Rajput, J.; Gopalan, A.; Rahbek, D. B.; Andersen, L. H.; Bochenkova, A. V.; Granovsky, A. A.; Bravaya, K. B.; Nemukhin, A. V.; Christiansen, K. L.; Nielsen, M. B. n. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 9442
53. Casida, M. E. Recent Advances in Density Functional Methods; World Scientific: Singapore, 1995.
54. Hirata, S.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 291
55. Hirata, S.; Head-Gordon, M.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1999, 111, 10774
56. Grabo, T.; Petersilka, M.; Gross, E. K. U. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2000, 501-502, 353
57. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. Chem. Rev. 2005, 105, 4009
58. Lange, A.; Herbert, J. M. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1680
59. Walker, R. C.; Mercer, I. P.; Gould, I. R.; Klug, D. R. J. Comput. Chem. 2007, 28, 478
60. Rohrdanz, M. A.; Martins, K. M.; Herbert, J. M. J. Chem. Phys. 2009, 130, 054112
61. Gonzalez, E. M.; Guidoni, L.; Molteni, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 4556
62. Groenhof, G.; Bouxin-Cademartory, M.; Hess, B.; de Visser, S. P.; Berendsen, H. J. C.; Olivucci, M.; Mark, A. E.; Robb, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4228
63. Groenhof, G.; Schäfer, L. V.; Boggio-Pasqua, M.; Grubmüller, H.; Robb, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3250
64. Ko, C.; Virshup, A. M.; Martinez, T. J. Chem. Phys. Lett. 2008, 460, 272
65. Rocha-Rinza, T.; Sneskov, K.; Christiansen, O.; Ryde, U.; Kongsted, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 1585
66. Sergi, A.; Grüning, M.; Ferrario, M.; Buda, F. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4386
67. Thompson, M. J.; Bashford, D.; Noodleman, L.; Getzoff, E. D. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8186
68. Chiba, M.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2667
69. Ko, C.; Levine, B.; Toniolo, A.; Manohar, L.; Olsen, S.; Werner, H.-J.; Martänez, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12710
70. Getzoff, E. D.; Gutwin, K. N.; Genick, U. K. Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 663
71. Wu, Y. J.; Tepper, H. L.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2006, 124
72. Hornak, V.; Abel, R.; Okur, A.; Strockbine, B.; Roitberg, A.; Simmerling, C. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2006, 65, 712
73. Wang, J. M.; Wolf, R. M.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A.; Case, D. A. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1157
74. Gordon, J. C.; Myers, J. B.; Folta, T.; Shoja, V.; Heath, L. S.; Onufriev, A. Nucleic Acids Res. 2005, 33, W368
75. Loncharich, R. J.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. Biopolymers 1992, 32, 523
76. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; Vangunsteren, W. F.; Dinola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684
77. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
78. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623
79. Tawada, Y.; Tsuneda, T.; Yanagisawa, S.; Yanai, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2004, 120, 8425
80. Vydrov, O. A.; Heyd, J.; Krukau, A. V.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 074106
81. Vydrov, O. A.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 234109
82. Jacquemin, D.; Wathelet, V.; Perpète, E. A.; Adamo, C. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2420
83. Starcke, J. H.; Wormit, M.; Schirmer, J.; Dreuw, A. Chem. Phys. 2006, 329, 39
84. Niklasson, A. M. N. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 123004
85. Reimers, J. R.; Wilson, K. R.; Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1983, 79, 4749
86. Ben-Nun, M.; Martínez, T. J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10517
87. Hillery, M.; OConnell, R. F.; Scully, M. O.; Wigner, E. P. Phys. Rep. 1984, 106, 121
88. Liu, J. J. Chem. Phys. 2011, 134, 194110
89. Liu, J.; Miller, W. H. J. Chem. Phys. 2011, 134, 104102
90. Liu, J.; Miller, W. H. J. Chem. Phys. 2011, 134, 104101
91. Chodera, J. D.; Swope, W. C.; Pitera, J. W.; Seok, C.; Dill, K. A. J. Chem. Theory Comput. 2006, 3, 26
92. Stanton, J. F.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 98, 7029
93. Krylov, A. I. Annu. Rev. Phys. Chem. 2008, 59, 433
94. Shao, Y.; Molnar, L. F.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenfeld, C.; Brown, S. T.; Gilbert, A. T. B.; Slipchenko, L. V.; Levchenko, S. V.; ONeill, D. P.; DiStasio, R. A., Jr.; Lochan, R. C.; Wang, T.; Beran, G. J. O.; Besley, N. A.; Herbert, J. M.; Yeh Lin, C.; Van Voorhis, T.; Hung Chien, S.; Sodt, A.; Steele, R. P.; Rassolov, V. A.; Maslen, P. E.; Korambath, P. P.; Adamson, R. D.; Austin, B.; Baker, J.; Byrd, E. F. C.; Dachsel, H.; Doerksen, R. J.; Dreuw, A.; Dunietz, B. D.; Dutoi, A. D.; Furlani, T. R.; Gwaltney, S. R.; Heyden, A.; Hirata, S.; Hsu, C.-P.; Kedziora, G.; Khalliulin, R. Z.; Klunzinger, P.; Lee, A. M.; Lee, M. S.; Liang, W.; Lotan, I.; Nair, N.; Peters, B.; Proynov, E. I.; Pieniazek, P. A.; Min Rhee, Y.; Ritchie, J.; Rosta, E.; David Sherrill, C.; Simmonett, A. C.; Subotnik, J. E.; Lee Woodcock Iii, H.; Zhang, W.; Bell, A. T.; Chakraborty, A. K.; Chipman, D. M.; Keil, F. J.; Warshel, A.; Hehre, W. J.; Schaefer Iii, H. F.; Kong, J.; Krylov, A. I.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172
95. Laio, A.; VandeVondele, J.; Rothlisberger, U. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6941
96. Das, D.; Eurenius, K. P.; Billings, E. M.; Sherwood, P.; Chatfield, D. C.; Hodoscek, M.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 10534
97. Senthilkumar, K.; Mujika, J. I.; Ranaghan, K. E.; Manby, F. R.; Mulholland, A. J.; Harvey, J. N. J. R. Soc., Interface 2008, 5, 207
98. Park, K.; Götz, A. W.; Walker, R. C.; Paesani, F. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 2868-2877
99. van der Vaart, A.; Merz, K. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9182
100. Ufimtsev, I. S.; Luehr, N.; Martinez, T. J. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1789