Crowding induced collective hydration of biological macromolecules over extended distances

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 1, 2014, Pages 188-194

  King, John T ^a   Arthur, Evan J ^a   Brooks, Charles L ^a   Kubarych, Kevin J ^a  

^a UNIVERSITY OF MICHIGAN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOLOGICAL MACROMOLECULE; CROWDING EFFECTS; HEN EGG WHITE LYSOZYME; HYDRATION DYNAMICS; INERT POLYMERS; MACROMOLECULAR CROWDING; POLYETHYLENE GLYCOL (PEG); TWO-DIMENSIONAL INFRARED (2D IR);

ENZYMES; MACROMOLECULES; PROTEINS;

HYDRATION;

EGG WHITE; GLYCEROL; LYSOZYME; MACROGOL;

ARTICLE; HYDRATION; INFRARED SPECTROSCOPY; MACROMOLECULAR CROWDING; MACROMOLECULE; MOLECULAR DYNAMICS;

CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; EGG PROTEINS; INFRARED RAYS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; PROTEINS; WATER;

EID: 84892166993     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja407858c     Document Type: Article

References (61)

1. Ball, P. Chem. Rev. 2008, 108, 74-108
2. Nicholls, A.; Sharp, K. A.; Honig, B. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1991, 11, 281-296
3. Liu, P.; Huang, X. H.; Zhou, R. H.; Berne, B. J. Nature 2005, 437, 159-162
4. Cheung, M. S.; Garcia, A. E.; Onuchic, J. N. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 685-690
5. Hamill, O. P.; Martinac, B. Physiol. Rev. 2001, 81, 685-740
6. Bhat, T. N.; Bentley, G. A.; Boulot, G.; Greene, M. I.; Tello, D.; Dallacqua, W.; Souchon, H.; Schwarz, F. P.; Mariuzza, R. A.; Poljak, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 1089-1093
7. Tsai, C. J.; Lin, S. L.; Wolfson, H. J.; Nussinov, R. Protein Sci. 1997, 6, 53-64
8. Lum, K.; Chandler, D.; Weeks, J. D. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4570-4577
9. Chandler, D. Nature 2005, 437, 640-647
10. Li, I. T. S.; Walker, G. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 16527-16532
11. Davis, J. G.; Gierszal, K. P.; Wang, P.; Ben-Amotz, D. Nature 2012, 491, 582-585
12. Laage, D.; Stirnemann, G.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 2428-2435
13. King, J. T.; Kubarych, K. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18705-18712
14. King, J. T.; Arthur, E. J.; Brooks, C. L., III; Kubarych, K. J. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 5604-5611
15. Sterpone, F.; Stirnemann, G.; Laage, D. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4116-4119
16. Minton, A. P. Biopolymers 1981, 20, 2093-2120
17. Zimmerman, S. B.; Minton, A. P. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1993, 22, 27-65
18. Wang, Y.; Sarkar, M.; Smith, A. E.; Krois, A. S.; Pielak, G. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16614-16618
19. Benton, L. A.; Smith, A. E.; Young, G. B.; Pielak, G. J. Biochemistry 2012, 51, 9773-9775
20. Dhar, A.; Samiotakis, A.; Ebbinghaus, S.; Nienhaus, L.; Homouz, D.; Gruebele, M.; Cheung, M. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 17586-17591
21. Cheung, M. S.; Klimov, D.; Thirumalai, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 4753-4758
22. Feig, M.; Sugita, Y. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 599-605
23. McGuffee, S. R.; Elcock, A. H. PLoS Comput. Biol. 2010, 6, e1000694
24. Qiu, W.; Kao, Y.-T.; Zhang, L.; Yang, Y.; Wang, L.; Stites, W. E.; Zhong, D.; Zewail, A. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 13979-13984
25. Ebbinghaus, S.; Kim, S. J.; Heyden, M.; Yu, X.; Heugen, U.; Gruebele, M.; Leitner, D. M.; Havenith, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 20749-20752
26. Meister, K.; Ebbinghaus, S.; Xu, Y.; Duman, J. G.; DeVries, A.; Gruebele, M.; Leitner, D. M.; Havenith, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 110, 1617-1622
27. Nucci, N. V.; Pometun, M. S.; Wand, A. J. Nat. Struct. Mol. Biol. 2011, 18, 245-U315
28. Nucci, N. V.; Pometun, M. S.; Wand, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12326-12329
29. McClain, B. L.; Finkelstein, I. J.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15702-15710
30. Mazur, K.; Heisler, I. A.; Meech, S. R. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 2678-2685
31. Hunt, N. T.; Kattner, L.; Shanks, R. P.; Wynne, K. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3168-3172
32. Doster, W.; Cusack, S.; Petry, W. Nature 1989, 6209, 754-756
33. Santos-Silva, T.; Mukhopadhyay, A.; Seixas, J. D.; Bernardes, G. J. L.; Romao, C. C.; Romao, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1192-1195
34. Huang, L.; Jin, R.; Li, J.; Luo, K.; Huang, T.; Wu, D.; Wang, W.; Chen, R.; Xiao, G. FASEB J. 2010, 24, 3536-3543
35. Patel, A. J.; Varilly, P.; Jamadagni, S. N.; Hagan, M. F.; Chandler, D.; Garde, S. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 2498-2503
36. Franck, J. M.; Scott, J. A.; Han, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4175-4178
37. Tarek, M.; Tobias, D. J. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 138101
38. Doster, W.; Cusack, S.; Petry, W. Nature 1989, 337, 754-756
39. Linegar, K. L.; Adeniran, A. E.; Kostko, A. F.; Anisimov, M. A. Colloid J. 2010, 72, 279-281
40. Lancz, G.; Avdeev, M. V.; Petrenko, V. I.; Garamus, V. M.; Koneracka, M.; Kopcansky, P. Acta Phys. Pol., A 2010, 118, 980-982
41. Despa, F.; Fernandez, A.; Berry, R. S. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 228104
42. Shukla, A.; Mylonas, E.; Di Cola, E.; Finet, S.; Timmins, P.; Narayanan, T.; Svergun, D. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 5075-5080
43. Angell, C. A. Science 1995, 267, 1924-1935
44. Trappe, V.; Prasad, V.; Cipelletti, L.; Segre, P. N.; Weitz, D. A. Nature 2001, 411, 772-775
45. Oleinikova, A.; Brovchenko, I.; Smolin, N.; Krukau, A.; Geiger, A.; Winter, R. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 247802
46. Smolin, N.; Oleinikova, A.; Brovchenko, I.; Geiger, A.; Winter, R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10995-11005
47. Nakagawa, H.; Kataoka, M. J. Phys. Soc. Jpn. 2010, 79, 083801
48. Eaves, J. D.; Loparo, J. J.; Fecko, C. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 13019-13022
49. Laage, D.; Hynes, J. T. Science 2006, 311, 832-835
50. Laage, D.; Hynes, J. T. Chem. Phys. Lett. 2006, 433, 80-85
51. Moilanen, D. E.; Fenn, E. E.; Wong, D.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2009, 131, 014704
52. Zimmerman, S. B.; Trach, S. O. J. Mol. Biol. 1991, 222, 599-620
53. Henzler-Wildman, K. A.; Lei, M.; Thai, V.; Kerns, S. J.; Karplus, M.; Kern, D. Nature 2007, 450, 913-U927
54. Vashisth, H.; Brooks, C. L., III J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3379-3384
55. Lubchenko, V.; Wolynes, P. G.; Frauenfelder, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7488-7499
56. Frauenfelder, H.; Chen, G.; Berendzen, J.; Fenimore, P. W.; Jansson, H.; McMahon, B. H.; Stroe, I. R.; Swenson, J.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 5129-5134
57. Vinh, N. Q.; Allen, S. J.; Plaxco, K. W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8942-8947
58. Harada, R.; Sugita, Y.; Feig, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4842-4849
59. Bashford, D.; Case, D. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2000, 51, 129-152
60. Beljonne, D.; Curutchet, C.; Scholes, G. D.; Silbey, R. J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6583-6599
61. Kumar, R.; Schmidt, J. R.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2007, 126, 204107