Variation of spectral, structural, and vibrational properties within the intrinsically fluorescent proteins family: A density functional study

Journal of Computational Chemistry

Volumn 28, Issue 14, 2007, Pages 2366-2377

  Nifosí, Riccardo ^a   Amat, Pietro ^a   Tozzini, Valentina ^a  

^a INFM   (Italy)

Author keywords

Electronic structure calculation; Fluorescent proteins; Solvatochromism; Structure function relationship; TDDFT; Vibrational properties

Indexed keywords

CHROMOPHORES; MOLECULAR DYNAMICS; SPECTRUM ANALYSIS; TIME DOMAIN ANALYSIS; TIME VARYING SYSTEMS; VARIATIONAL TECHNIQUES;

ELECTRONIC STRUCTURE CALCULATION; FLUORESCENT PROTEINS; SOLVATOCHROMISM; STRUCTURE-FUNCTION RELATIONSHIP; VIBRATIONAL PROPERTIES;

PROTEINS;

EID: 84962408650     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20764     Document Type: Article

References (74)

1. (a) Shimomura, O.; Johnson, F. H.; Saiga, Y. J Cell Comp 1962, 59, 223;
2. (b) Moris, H.; Shimomura, H.; Johnson, F. H.; Winant, J. Biochemistry 1974, 13, 2656.
3. Prasher, D. C.; Eckenrode, V. K.; Ward, W. W.; Prendergast, F. G; Gene 1992, 111, 229.
4. Chalfie, M.; Tu, Y.; Euskirchen, G.; Ward, W. W.; Prasher, D. C. Science 1994, 263, 802.
5. (a) Tsien, R. Y.; Annu Rev Biochem 1998, 67, 509;
6. (b) Zumbusch, A.; Jung, G. Single Mol 2000, 1, 261 ;
7. (c) Zimmer, M. Chem Rev 2002, 102, 759.
8. Shagin, D. A.; Barsova, E. V.; Yanushevich, Y. G.; Fradkov, A. F.; Lukyanov, K. A.; Labas, Y. A.; Semenova, T. N.; Ugalde, J. A.; Meyers, A.; Nunez, J. M.; Widder, E. A.; Lukyanov, S. A.; Matz, M. V. Mol Biol Evol2004, 21 841.
9. Labas, Y. A.; Gurskaya, N. G.; Yanushevich, Y. G.; Fradkov, A. F.; Lukyanov, K. A.; Lukyanov, S. A.; Matz, M. W. Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99, 4256.
10. Verkhysha, V. V.; Lukyanov, K. A. Nature Biotech 2002, 22, 289.
11. Tozzini, V.; Pellegrini, V.; Beltram, F. In Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology; Horsphool, W. M.; Lenci, F. Eds.; CRC: Washington DC 2004; Chapter 139.
12. Jung, G.; Wiehler, J.; Zumbush, A. Biophys J 2005, 88, 1932.
13. Kummer, A. D.; Wiehler, J.; Schüttrigkeit, T. A.; Berger, B. W.; Steipe, B.; Michel-Beyerle, M. E. Chem Bio Chem 2002, 3, 659.
14. Remington, S. J.; Wächter, R. M.; Yarbrough, D. K.; Branchaud, B.; Anderson, D. C.; Kallio, K.; Lukyanov, K. A. Biochemistry 2005, 44, 202.
15. Matz, M. V.; Fradkov, A. F.; Labas, Y. A.; Savitsky, A. P.; Zaraisky, A. G.; Markelov, M. L.; Lukyanov, S. A. Nat Biotechnol 1999, 17, 969.
16. Baird, G. S.; Zacharias, A. A.; Tsien, R. Y. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 11984.
17. Lukyanov, K. A.; Fradkov, A. F.; Gurskaya, N. G.; Matz, M. V.; Labas, Y. A.; Savitscky, A. P.; Markelov, M. L.; Zaraisky, A. G.; Zhao, X.; Fang, Y.; Tan, W.; Lukyanov, S. A. J Biol Chem 2000, 275, 25879.
18. Mizuno, H.; Mal, T. K.; Tong, K. I.; Ando, R.; Furuta, T.; Ikura, M.; Miyakawaki, A. Mol Cell 2003, 12, 1051.
19. Petersen, J.; Wilmann, P. G.; Beddoe, T.; Oakley, A. J.; Devenish, R. J.; Prescott, M.; Rossjohn J. J. Biol Chem 2003, 278, 44646.
20. Bae, J. H.; Rubini, M.; Jung, G.; Wiegand, G.; Seifert, M. H. J.; Azim, M. K.; Kim, J. S.; Zumbush, A.; Holak, T. A.; Moroder, L.; Huber, R.; Budisa, N. J Mol Biol 2003, 328, 1071.
21. Shu, X.; Shaner, N. C.; Yarbrough, C. A.; Tsien, R. Y.; Remington, S. J. Biochemistry 2006, 45, 9639.
22. He, X.; Bell, A. F.; Tonge, P. J. J Phys Chem B 2002, 106, 6056.
23. Wachter, R. M.; King, B. A.; Heim, R.; Kallio, K.; Tsien, R. Y.; Boxer, S. G.; Remington, S. J. Biochemistry 1997, 36, 9759.
24. Bell, A. E.; He, X.; Wachter, R. M.; Tonge, P. J. Biochemistry 2000, 39, 4423.
25. Gross, L. A.; Baird, G. S.; Hoffman, R. C.; Baldridge, K. K.; Tsien, R. Y. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97, 11990.
26. Reid, B. G.; Flynn, G. C. Biochemistry 1997, 36, 6789.
27. (a) Wall, W. A.; Socolich, M.; Ranganathan, R. Nature Struct Biol 2000, 12, 1133;
28. (b) Yarbrough, D.; Wachter, R. M.; Kallio, D.; Matz, M. V.; Remington, S. J. Proc Natl Acad Sci USA 2000, 98, 462.
29. Prescot, M.; Ling, M.; Beddoe, T.; Oakley, A. J.; Dove, S.; HoeghGuldberg, O.; Devenish, R. J.; Rossjohn, J. Structure 2003, 11, 275.
30. Zagranichny, V. E.; Rudenko, N. V.; Gorokhovatsky, A. Y.; Zakharov, M. V.; Shenkarev, Z. O.; Balashova, T. A.; Arseiev, A. S. Biochemistry 2004, 43, 4764.
31. Shaner, N. C.; Campbell, R. E.; Steinbach, P. A.; Giepmans, B. N. G.; Palmer, A. E.; Tsien, R. Y. Nature Biotech 2004, 22, 1567.
32. Laino, T.; Nifosi, R.; Tozzini, V Chem Phys 2004 298, 17.
33. He, Z.; Bell, A. F.; Tonge, P. J. Org Lett 2002, 4, 1523.
34. Dong, J.; Solntsev, K. M.; Tolbert L. M. J Am Chem Soc 2006, 128, 12038.
35. (a) Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M.-E., Rösch N. Chem Phys Lett 1997, 272, 162;
36. (b) Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle M.-E., Rösch, N. Chem Phys 1998, 231, 13;
37. (c) Voityuk, A. A.; Kummer, A. D.; Michel-Beyerle, M.-E.; Rösch, N. Chem Phys 2001, 269, 83.
38. (a) Weber, W.; Helms, V.; McCammon, J. A.; Langhoff, P. W. Proc Nati Acad Sci USA 1999, 96, 6177;
39. (b) Helms, V.; Winstead, C.; Langhoff, P. W. J Mol Struct (TheoChem) 2000, 506, 179.
40. Martin, M. E.; Negri, F.; Olivucci, M. J Am Chem Soc 2004, 126, 5452.
41. Das, A. K.; Hasegawa, J.-Y.; Miyahara, T.; Ehara, M.; Nakatruji, H. Comput Chem 2003, 24, 1421.
42. Zhang, R.; Nguyen, M. T.; Ceulemans, A. Chem Phys Lett 2005, 404, 250.
43. Lopez, X.; Marques, M. A. L.; Castro, A.; Rubio, A. J Am Chem Soc 2005, 45, 10482.
44. Demachy, I.; Ridard, J.; Laguitton-Pasquier, H.; Durnerin,E.; Vallverdu, G.; Archirel, P.; Levy, B. J Phys Chem B 2005, 109, 24121.
45. Vendrell, O.; Gelabert, R.; Moreno, M.; Lluch, J. M. Chem Phys Lett 2004, 396, 202.
46. Nemuchin, A. V.; Topol, I. A.; Burt, S. K. J Chem Theory Comput, 2006, 2, 292.
47. Amat, P.; Granucci, G.; Buda, F.; Persico, M.; Tozzini, V. J Phys Chem B 2006, 110, 9348.
48. Nielsen, S. B.; Lapierre, A.; Andersen, J. U.; Pedersen, U. V.; Tomita, S.; Andersen, L. H. Phys Rev Lett 2001, 87, 228102.
49. Boyé, S.; Nielsen, S. B.; Krogh, H.; Nielsen, I. B.; Pedersen, U. V.; Bell, A. F.; He, X.; Tonge, P. J.; Andersen, L. H. Phys Chem Chem Phys 2003, 5, 3021.
50. Webber, N.M.; Litvinenko, K.L.; Meech, S.R.J Phys Chem 2001, 105, 8036.
51. Dreuw, A.; Weisman, J. L.; Head-Gordon, M. J Chem Phys 2003, 119, 2943.
52. Wanko, M.; Garavelli, M.; Bernardi, F.; Niehaus, T. A.; Frauenheim, T.; Elstner, M. J Chem Phys 2004, 120, 1674.
53. Aquino, A. J. A.; Barbatti, M.; Lischka, H. Chem Phys Chem 2006, 7, 2089.
54. Tozzini, V.; Bizzarri, A. R.; Pellegrini, V.; Nifosi, R.; Giannozzi, P.; Giuliano, A.; Cannistraro, S.; Beltram, F. Chem Phys 2003, 287, 33.
55. Kojima, S.; Ohkawa, H.; Hirano, T.; Maki, S.; Niwa, H.; Ohashi, M.; Inouye, S.; Tsuji, F. I. Tetrahedron Lett 1998, 39, 5239.
56. Tozzini, V.; Giannozzi, P. Chem Phys Chem 2005, 6, 1786.
57. Casida, M. E. In Recent Advances in Density Functional Methods, Part I; World Scientific, Singapore, 1995, p. 155.
58. Hütter, J. J Chem Phys 2003, 118, 3928.
59. Andersson, K.; Malmqvist, P.-Å., Roos, B. O.; Sadlej, A. J.; Wolinski, K. J Phys Chem 1990, 94, 5483.
60. (a) Cossi, M.; Barone, V J Chem Phys 2001, 115, 4708;
61. (b) Miertus, S.; Scrocco, E.; Tomasi, J. Chem Phys 1981, 55, 117;
62. (c) Barone, V.; Cossi, M.; Tomasi, J. J Chem Phys 1997, 107, 3210.
63. CPMD, Copyright IBM Corp 1990, Copyright MPI für Festkörperforschung Stuttgart 1997.
64. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A.; Jr, T. V.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.;Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian Inc Pittsburgh PA (2003).
65. Karlstram, G.; Lindh, R.; Malmqvist, P. Å.; Roos, B. O.; Ryde, U.; Veryazov, V.; Widmark, R-O.; Cossi, M.; Schimmelpfennig, B.; Neogrady, P.; Seijo, L. Comput Mater Sci 2003, 28, 222.
66. Toniolo, A.; Olsen, S.; Manohar, L.; Martínez, T. J. Faraday Discuss 2004, 127, 149.
67. Nielsen, S. B.; Lapierre, A.; Andersen, J. U.; Pedersen, U. V.; Tomita, S.; Andersen, L. H. Phys Rev Lett 2001, 87, 228102.
68. Andersen, L. J.; Lapierre, A.; Nielsen, S. B.; Pedersen, S. U.; Pedersen, U. V.; Tomita, S. Eur Phys J 2000, F20, 597.
69. Masternack, A.; Wenska, G.; Milecki, J.; Skalski, B.; Franzen, S. J Phys Chem A 2005, 109, 759.
70. Sakurai, J. J. Modern Quantum Mechanics; Addison-Wesley: New York, 1993.
71. Grimme, S.; Parac, M. Chem Phys Chem 2003, 4, 292.
72. López, C. S.; Faza, A. N.; Estev'ez, S. L.; De Lera, A. R. J Comput Chem 2006, 27, 116.
73. He, X.; Bell, A. F.; Tonge, P. J. FEBS Lett 2003, 549, 35.
74. Nifosi, R.; Ferrari, A.; Arcangeli, C.; Tozzini, V.; Pellegrini, V.; Bertram, F. J Phys Chem B 2003, 107, 1679.