The thermodynamics of charge transfer in DNA photolyase: using thermodynamic integration calculations to analyse the kinetics of electron transfer reactions

文献情報

出版日 2010-06-08
DOI 10.1039/C000876A
インパクトファクター 3.676
著者

Sebastian Krapf, Thorsten Koslowski, Thomas Steinbrecher


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要旨

DNA Photolyases are light sensitive oxidoreductases present in many organisms that participate in the repair of photodamaged DNA. They are capable of electron transfer between a bound cofactor and a chain of tryptophan amino acid residues. Due to their unique mechanism and important function, photolyases have been subject to intense study in recent times, with both experimental and computational efforts. In this work, we present a novel application of classical molecular dynamics based free energy calculations, combined with quantum mechanical computations, to biomolecular charge transfer. Our approach allows for the determination of all reaction parameters in Marcus' theory of charge transport. We were able to calculate the free energy profile for the movement of a positive charge along protein sidechains involved in the biomolecule's function as well as charge-transfer rates that are in good agreement with experimental results. Our approach to simulate charge-transfer reactions explicitly includes the influence of protein flexibility and solvent dynamics on charge-transfer energetics. As applied here to a biomolecular system of considerable scientific interest, we believe the method to be easily adaptable to the study of charge-transfer phenomena in biochemistry and other fields.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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