Взаимосвязь между параметрами флуоресценции триптофановых остатков и структурно-физическими особенностями микроокружения индольных колец в белках

VI. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1 Создана база данных флуоресцентных свойств (положения максимума и относительной доступности внешним тушителям) для 375 лог-нормальных компонент спектров триптофановой флуоресценции более 100 белков и их структурных форм.

2 Анализ гистограмм встречаемости спектральных компонент подтвердил гипотезу о существовании статистически наиболее вероятных спектральных классов остатков триптофана в белках.

3 Разработаны система описания и алгоритмы оценки локализации и структурно-физических параметров микроокружения остатков триптофана в белках с известной атомной структурой.

4 Создана база данных локализации и параметров микроокружения для 137 индольных флуорофоров в 48 белках.

5 Произведено отнесение спектральных компонент белковых спектров к индивидуальным остаткам триптофана в 48 белках.

6 Методы многомерного статистического анализа (кластерный анализ, дискриминантный анализ с оценкой качества с помощью канонического анализа) позволили: а) продемонстрировать дискретную природу совокупности структурно-физических параметров окружения, т. е. статистически достоверное разделение массива 137 флуорофоров на пять структурных классов, флуоресцентные свойства которых совпадают с классами, предсказанными в модели дискретных состояний остатков триптофана в белкахб) выявить наиболее эффективно дискриминирующие параметры окружения остатков триптофана для каждого из классов, что позволило сформулировать предположения о фотофизической природе различий между классами.

7 Разработанные подходы и классификация флуорофоров были успешно использованы для решения двух конкретных биологических задач.

1. Аборнев, С.М. 1993. Разложение составных спектров триптофановой флуоресценции.

2. Бахшиев, Н.Г. 1972. Спектроскопия межмолекулярных взаимодействий. Ленинград,.

3. Наука, Ленинград, отд-ние. Бурштейн, Э.А. 1968. Тушение флуоресценции белков. I. Принципы метода. Растворы триптофана, тирозина и денатурированных белков. Биофизика. 13:433−442.

4. Бурштейн, Э.А. 1976. Люминесценция белковых хромофоров. Модельныеисследования. Итоги науки и техники, сер. Биофизика. Москва, ВИНИТИ, т.6. Бурштейн, Э.А. 1977а. Собственная люминесценция белка. Природа и применение.

5. Итоги науки и техники, сер. Биофизика. Москва, ВИНИТИ, т.7. Бурштейн, Э.А. 19 776. Изучение быстрой подвижности белковых структур методами собственной флуоресценции. В сб. «Равновесная динамика нативной структуры белка» Пушино 60−83.

6. Бурштейн, Э.А. 1983. Собственная люминесценция белка как метод изучения быстрой структурной динамики. Молек. виол. 17:455−467.

7. Бурштейн, Э.А. 1989. Разложение спектров флуоресценции на компоненты с различными константами тушения. Тез. докл. III Всесоюз. совещ. «Люминесцентный анализ в медицине и биологии и его аппаратурное обеспечение» Рига, стр. 14.

8. Бурштейн, Э.А. 1996. Разложение спектров флуоресценции по степени доступности тушителям. Биофизика. 41:220−223.

9. Бусел, Е.П. 1973. Люминесцентные свойства основных хромофоров белка. В сб. «Итоги науки и техники». Сер. молек. биол. Москва, ВИНИТИ, 3:85−126.

10. Бушуева, Т.Л., А. Г. Тоневицкий, и Э. А. Бурштейн. 1990. Структура рицина: Исследование методом тушения флуоресценции. Мол. биол. 24:614−620.

11. Вавилов, С.И. 1952. Собрание сочинений. Москва, Изд-во АН СССР.

12. Веденкина, Н.С., и Э. А. Бурштейн. 1970. Триптофановая флуоресценция белков в растворах. Положение максимума спектра флуоресценции. Молек. биол. 4:743 748.

13. Веденкина, Н.С., М. Н. Ивкова, В. Н. Леонова, и Э. А. Бурштейн. 1968. Флуоресценция актина и актомиозина в разных структурных состояниях. Биофизика 13:847 852.

14. Веденкина, Н.С., М. Н. Ивкова, и Э. А. Бурштейн. 1972. Положения максимума спектра флуоресценции поверхностных остатков триптофана в белках. Молек. биол. 6:467−470.

15. Веденкина, Н.С., Т. Г. Буколова, М. Н. Ивкова, и Э. А. Бурштейн. 1971. Флуоресценция и состояния остатков триптофана в папаине. Молек. биол. 5:809−816.

16. Вишневская, З.И., Н. С. Веденкина, и М. В. Георгадзе. 1976. Исследование флуоресценции миозина и его фрагментов, тяжелого и легкого меромиозинов, в концентрированных растворах нетральных солей. Молек. биол. 10:799−805.

17. Волотовский, И.Д., и С. В. Конев. 1967. Взаимосвязь между конформацией и УФлюминесценцией белков. Биофизика 12:200−205.158.

18. Грищенко, В.М., В. И. Емельяненко, М. Н. Ивкова, С. И. Безбородова, и Э. А. Бурштейн. 1976. Исследование флуоресценции внеклеточной гуанилспецифичной рибонуклеазы С2. Биоорг. химия. 2:207−216.

19. Дейкус, Г. Ю. 1996. Аналитическое описаниа спектров низкотемпературной триптофановой люминесценции белков на основе физической модели. Дисс. к. ф.-м. н., Пущино.

20. Демченко, А.П. 1981. Ультрофиолетовая спектрофотометрия и структура белков. Киев, Наукова Думка.

21. Демченко, А.П. 1988. Люминесценция и динамика структуры белков. Киев, Наукова Думка.

22. Емельяненко, В.И., и Э. А. Бурштейн. 1998. Аналитическое описание спектров флуоресценции ароматических аминокислот и белков. Ж. Прикл. Спектроск. 65:360−365.

23. Емельяненко, В.И., Я. К. Решетняк, О. А. Андреев, и Э. А. Бурштейн. 2000. Анализ лог-нормальных компонент спектров флуоресценции связанных с белками продана и акрилодана. Биофизика 45 (2) в печати.

24. Ермолаев, В. Л. 1962. Измерения квантовых выходов сенсибилизированной фосфоресценции как метод исследования процессов тушения на триплетном уровне органических молекул. Оптика и спектроск. 13:90−95.

25. Ермолаев, В.Л., и Е. Б. Свешникова. 1968. Пути деградации энергии электронного возбуждения органических молекул в рамках схемы Яблонского. Acta Phys. Pol. 34:771−790.

26. Ивкова, М.Н., В. В. Мосолов, и Э. А. Бурштейн. 1971. Флуоресценция триптофановых остатков сывороточных альбуминов. Молек. биол. 5:214−224.

27. Ивкова, М.Н., Н. С. Веденкина, и Э. А. Бурштейн. 1971. Флуоресценция некоторых белков в водно-диаксановых растворах. Мол. биол. 2:839−850.

28. Казаченко, Л.П. 1978. Молекулярная спектроскопия жидкостей. Минск, Изд-во Белорус. Ун-та.

29. Капланас, Р.И., Т. Г. Буколова, и Э. А. Бурштейн. 1973. Флуоресценция (3-лактоглобулина АВ в различных физико-химических условиях. I. Влияние рН и связывания додецил сульфата. Мол. биол. 7:753−759.

30. Капланас, Р.И., Т. Г. Буколова, и Э. А. Бурштейн. 1975. Флуоресценциялактоглобулина АВ в различных физико-химических условиях. И. Денатурация мочевиной и органическими растворителями. Мол. биол. 9:795 804.

31. Клименко, И.В., Т. О. Гуща, и А. И. Корнелюк. 1991. Свойства триптофановой флуоресценции двух форм тирозил-тРНК синтетазы из печени быка. Биополимера и клетка. 7:83−88.

32. Конев, С.В. 1965. Электронно-возбужденные состояния биополимеров. Минск, Наука и техника.

33. Коровина, В.М., и Н. Г. Бахшиев. 1989. Влияние межмолекулярных взаимодействий в растворах на спектроскопические параметры вибронных компонент электронных полос поглощения молекул фенола. Ж. Прикл. Спектроск. 50:285−291.

34. Котелянский, В.Э., T.JI. Бушуева, М. В. Бетанен, М. А. Глухова, и В. Н. Смирнов. 1981. Изучение структуры фибронектина методом определения собственной флуоресценции белка. Докл. АН ССР 258:1485−1488.

35. Кузнецова, И.М., и К. К. Туроверов. 1998. Что определяет характеристики собственно УФ-флуоресценции белков, Анализ свойств микроокружения и особенностей локализации их триптофановых остатков. Цитология 40:747−763.

36. Ладохин А. С. 1990. Равновесная динамика белков. Собственная флуоресценция мелиттина. Биополимеры и клетка. 6:84−91.

37. Мазуренко, Ю. Т. 1973. Температурная зависимость спектров люминесценции в вязких растворах. Оптика и спектроск. 34:917−923.

38. Мазуренко, Ю. Т., и B.C. Удальцов. 1978. Спектральная релаксация флуоресценции. I. Кинетика спектров, обусловленная ориентационной релаксацией раствора. Оптика и спектроск. 44:714−719.

39. Мазуренко, Ю.Т., и Н. Г. Бахшиев. 1970. Влияние ориентационной релаксации на спектральные, временные и поляризационные характеристики люминесценции растворов. ЖПС 28:905−913.

40. Морозов, Ю.В., и Н. П. Бажулина. 1989. Электронное строение, спектроскопия и реакционная способность молекул. Москва, Наука.

41. Морозова, Л. А, Н. В. Гусев, В. Л. Шныров, и Е. А. Пермяков. 1988. Исследование физико-химических свойств тропонинов I и Т сердечной и скелетной мышц методами собственной белковой флуоресценции и каллометрии. Биохимия 53:531−540.

42. Орлова, Т.Г. 1979. Исследование токсических белков ядов змей методом собственной белковой флуоресценции. Дисс. к.б.н. Минкс, Беларусия.

43. Пермяков Е. А., В. В. Ярмоленко, В. И. Емельяненко, Э. А. Бурштейн, Ш. Жердей, и Ж. Клоссе. 1980. Изучение связывания ионов кальция парвальбумином мерланга по изменению параметров собственной флуоресценции белка. Биофизика 25:417−422.

44. Пермяков, Е.А., и Г. Ю. Дейкус. 1995. Исследование конформационных переходов в белках по триптофановой флуоресценции и фосфоресценции при низких температурах. Мол. биол. 29:339−344.

45. Плотников, В.Г. 1980. Природа электронно-возбужденных состояний и спектрально-люминесцентные свойства многоатомных молекул. Дис. Д-ра физ.-мат. наук. Обнинск.

46. Решетняк, Я.К., и Э. А. Бурштейн. 1997а. Отнесение компонент спектра флуоресценции белка к остаткам триптофана по свойствам их микроокружения в трехмерной структуре. Биофизика 42: 293−300.

47. Решетняк, Я.К., и Э. А. Бурштейн. 19 976. Отнесение компонент спектра флуоресценции сериновых протеаз к кластерам остатков триптофана. Биофизика. 42:785−795.

48. Теренин, А.Н. 1967. Фотоника молекулярных красителей. Ленинград, Наука, Ленинград, отд-ние.

49. Тихонов, А.Н., и В .Я. Арсенин. 1986. Методы решения некорректных задач. Москва. Наука.

50. Франк-Каменецкий, М.Д., и А. В. Лукашин. 1975. Электронно-колебательные взаимодействия в многоатомных молекулах. Успехи физ. наук. 166:193−229.

51. Ababou, А. 1998. Contribution to the study of the temporal fluorescence: Study of the fluorescence decays heterogeneity of the single tryptophan containing proteins. Ph.D. thesis. Louis Pasteur University, Strasbourg, France.

52. Ajtai, K., and T.P. Burghardt. 1995. Conformational of xanthene dyes in the sulfhydryl 1 binding site of myosin 2. Biochemistry 34:15 943−15 952.

53. Alcala, J. R., E. Beechem, J.M., M. Ameloot, and L. Brand. 1985. Global and target analysis of complex decay phenomena. Anal. Instrumentation. 14:379−402.

54. Alcala, J. R., E. Graton, and F. G. Prendergast. 1987a. Resolvability of fluorescence lifetimedistributions using phase fluorometry. Biophys. J. 51:587−596.162.

55. Alcala, J. R., E. Graton, and F. G. Prendergast. 19 876. Fluorescence lifetime distributions in proteins. Biophys. J. 51:597−604.

56. Alcala, J. R., E. Graton, and F. G. Prendergast. 1987 В. Interpretation of fluorescence decay in proteins using continuous lifetime distributions. Biophys. J. 51:925−936.

57. Andrade, M.A., S.I. O’Donoghue, and B. Rost. 1998. Adaptation of protein surfaces to subcellular location. J. Mol. Biol. 276:517−525.

58. Andreev, O.A., Ya.K.Reshetnyak, J. Borejdo, D.D. Toptygin, L. Brand, and E. A. Burstein. 2000. The identification of tryptophan residues responsible for ATP-induced increase in intrinsic fluorescence of rabbit myosin subfragment 1. J. Mol. Biol.

59. Auer, H.E. 1973. Far-ultraviolet absorption and circular dichroism spectra of L-tryptophan and some derivatives. J. Am. Chem. Soc. 95:3003−3011.

60. Avigliano, L., A. Finazzi Agro, and B. Mondovi. 1974. Pertubation studies on some blue proteins. FEBSLett. 38:205−208.

61. Axelsen, P.H., E. Gratton, and F.G. Prendergast. 1991. Experimentally verifying molecular dynamics simulations through fluorescence anisotropy measurements. Biochemistry 30:1173−1179.

62. Badea, M.G., and L. Brand. 1979. Time-resolved fluorescence measurements. Methods Enzymol. 61:378−425.

63. Bagshaw, C.R., and D.R. Trentham. 1974. The characterization of myosin-product complexes and of product-release steps during the magnesium ion-dependent adenosine triphosphatase reaction. Biochem. J. 141:331−349.

64. Bandorowicz, J., S. Pikula, and A. Sobota. 1992. Annexins IV (p32) and VI (p68) interact with erythrocyte membrane in a calcium-dependent manner. Biochim. Biophys. Acta 1105:201−206.

65. Beechem, J.M., and L. Brand. 1985. Time-resolved fluorescence of proteins. Annu. Rev. Biochem. 54:43−71.

66. Beechem, J.M., and L. Brand. 1986. Global analysis of fluorescence decay: applications to some unusual experimental and theoretical studies. Photochem. Photobiol. 44:323 329.

67. Beechem, J.M., M. Ameloot, and L. Brand. 1985. Excited-state probes in biochemistry and biology. Eds. Szabo, A.G., and L. Masotti. New York, Plenum Press.

68. Benzonana, G., L. Kohler, and E.A. Stein. 1974. Regulatory proteins of crayfish tail muscle. Biochim. Biophys. Acta 368:247−258.

69. Bernstein, F.C., T.F. Koetzle, G.J. Williams, E.E.Jr. Meyer, M.D. Brice, J.R. Rodgers, O. Kennard, T. Shimanouchi, and M. Tasumi. 1977. The Protein Data Bank: a computer-based archival file for macromolecular structures. J Mol Biol. 112:535 542.

70. Berry, D., and F. Williams. 1978. Some theoretical aspects of phonon-assisted radiative electronic transitions. Acta Phys. Polon. A54:705−712.

71. Bhaskaran, R., M. Prabhakaran, G. Jayaraman, C. Yu, and P.K. Ponnuswamy. 1996. Internal packing conditions and fluctuations of amino acid residues in globular proteins. JBiomol Struct Dyn 13:627−639.

72. Bialik, C.N., B. Wolf, E.L. Rachofsky, J.B.A. Ross, and W.R. Laws. 1998. Dynamics of biomolecules: assignment of local motions by fluorescence anisotropy decay. Biophys. J. 75:2564−2573.

73. Bilot, L., and A. Kawski. 1962. Zur Theorie des Einflusses von Losungsmitteln auf die Elektronenspektren der Molekule. Z Naturforsch. 17a: 621−627.

74. Bohorquez, M.D.V., J.J. Cosa, N.A. Garcia, and C.M. Previtali. 1984. Fluorescence quenching of indolic compounds by aliphatic acids. Evidence for excited state complexes. Photochem. Photobiol. 40:201−205.

75. Boutonnet, N.S., M.J. Rooman, and S.J. Wodak. 1995. Automatic analysis of protein conformational changes by multiple linkage clustering. J Mol Biol. 253:633−647.

76. Brochon, J.-C. 1994. Maximum entropy method for data analysis in time-resolved spectroscopy. Methods Enzymol. 240:262−311.

77. Brochon, J.C., P. Wahl, and J.C. Auchet. 1974 Fluorescence time-resolved spectroscopy and fluorescence anisotropy decay of the Staphylococcus aureus endonuclease. Eur. J. Biochem. 41:577−583.

78. Brown, M.F., S. Omar, R.A. Raubach, and T. Schleich. 1977. Quenching of the tyrosyl and tryptophyl fluorescence of subtilisins Carlsberg and Novo by iodide. Biochemistry 16:987−992.

79. Burgess, S.A. 1995. Rigor and relaxed outer dynein arms in replicas of cryofixed motile flagella. J. Mol. Biol. 250:52−63.

80. Burstein, E.A., E.A. Permyakov, V.A. Yashin, S.A. Burkhanov, and A. Finazzi Agro. 1977. The fine structure of luminescence spectra of azurin. Biochim. Biophys. Acta. 491:155−159.

81. Burstein, E.A., N.S. Vedenkina, and M.N. Ivkova. 1973. Fluorescence and the location of tryptophan residues in protein molecules. Photochem. Photobiol. 18:263−279.165.

82. Burstein, E.A., S.M. Abornev, and Ya.K. Reshetnyak. 2000. Decomposition of protein tryptophan fluorescence spectra into log-normal components. I. Algorithm of decomposition. Biophys. J. (готовится к печати).

83. Bushueva, T.L., and A.G. Tonevitsky. 1987. The effect of pH on the conformation and stability of the structure of plant toxin ricin. FEBS Lett. 215:155−159.

84. Bushueva, T.L., and A.G. Tonevitsky. 1988. Similarity of protein conformation at low pH and high temperature observed for B-chains of two plant toxins: ricin and mistletoe lectin 1.FEBSLett. 229:119−122.

85. Bushueva, T.L., E.P. Busel, and E.A. Burstein. 1975a. The interaction of protein functional groups with indole chromophore. II. Temperature dependence of the rate of fast fluorescence quenching processes. Studia biophysica. 3:173−182.

86. Bushueva, T.L., E.P. Busel, and E.A. Burstein. 19 756. The interaction of protein functional groups with indole chromophore. Ill Amine, amide, and thiol groups. Studia biophysica. 1:41−52.

87. Bushueva, T.L., E.P. Busel, V.N. Bushuev, and E.A. Burstein. 1974. The interaction of protein functional groups with indole chromophore. I. Imidazole group. Studia biophys. 44:129−132.

88. Callis, P. R. 1997. lLa and transitions of tryptophan: Applications of theory and experimental observations to fluorescence of proteins. Methods Enzymol. 278:113 151.

89. Callis, P.R., J. T. Vivian, and L.S. Slater. 1995. Ab initio calculations of vibronic spectra for indole. Chem. Phys. Lett. 244:53−58.

90. Carugo, O., and P. Argos. 1997. Correlation between side chain mobility and conformation in protein structures. Protein Eng. 10:777−787.

91. Carugo, О., and P. Argos. 1998. Accessibility to internal cavities and ligand binding sites monitored by protein crystallographic temperature factors. Protein 31:210−213.

92. Carugo, O., and D. Bordo. 1999. How many water molecules can be detected by protein crystallography? Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 55(Pt 2):479−483.

93. Chakrabarti, S.K., and W.R. Ware. 1971. Nanosecond time-resolved emission spectroscopy of l-anilino-8-naphthalene sulfonate. J. Chem. Phys. 55:5494−5498.

94. Chalovich, J.M., L.A. Stein, L.E. Greene, and E. Eisenberg. 1984. Interaction of isozymes of myosin subfragment 1 with actin: effect of ionic strength and nucleotide. Biochemistry 23:4885−4889.

95. Chang, M.C., J.W. Petrich, D.B. McDonald, and G.R. Fleming. 1983. Nonexponential fluorescence decay of tryptophan, tryptophanylglycine and glycyltryptophan. J. Amer. Chem. Soc. 105:3819−3824.

96. Chen, Y., B. Liu, H.-T. Yu, and M. D. Barkley. 1996. The peptide Bond Quenches Indole Fluorescence. J. Am. Chem. Soc. 118:9271−9278.

97. Chen, Yu, and M.D. Barkley. 1998. Toward understanding tryptophan fluorescence in proteins. Biochemistry 37:9976−9982.

98. Chock, S.P., and E. Eisenberg. 1979. The mechanism of the skeletal muscle myosin ATPase. J. Biol. Chem. 254:3229−3235.

99. Chou, K.C., and D.W. Elrod. 1998. Using discriminant function for prediction of subcellular location of prokaryotic proteins. Biochem. Biophys. Res. Commun. 252:63−68.

100. Cockle, S.A., and A.G. Szabo. 1981. Time-resolved fluorescence spectra of tryptophan in monomeric glucagon. Photochem. Photobiol. 34:23−27.

101. Cooley, W. W., andP.R. Lohnes. 1971. Multivariate data analysis. New York, Wiley.

102. Cowgill, R. W. 1970a. Fluorescence and the Structure of proteins. XVIII. Spatial Requirements for Quenching by Disulfide Groups. Biochim. Biophys. Acta 207:556 559.

103. Cowgill, R. W. 19 706. Fluorescence and Protein Structure. XVII. On the Mechanism of Peptide Quenching. Biochim. Biophys. Acta 200:18−25.

104. Cox, J.A., W. Wnuk, and E.A. Stein. 1976. Isolation and properties of a sarcoplasmic calcium-binding protein from crayfish. Biochemistry 15:2613−2617.

105. Craig, L., P.C. Sanschagrin, A. Rozek, S. Lackie, L.A. Kuhn, and J.K. Scott. 1998. The role of structure in antibody cross-reactivily between peptides and folded proteins. J. Mol. Biol 281:183−201.

106. Creed, D. 1984. The photophysics and photochemistry of the near UV absorbing amino acids -1. Tryptophan and its simple derivatives. Photochem. Photobiol. 39:537−562.

107. Czurylo, E.A., V.I. Emelyanenko, E.A. Permyakov, and R. Dabrowska. 1991. Spectrofluorimetric studies on C-terminal 34 kDa fragment of caldesmon. Biophys. Chem. 40:181−188.

108. Dale, R. E., and J. Eisinger. 1974. Intramolecular distances determined by energy transfer, dependence on orientational freedom of donor and acceptor. Biopolymers. 13:15 731 605.

109. De Beuckeleer, K., G. Volckaert, and Y. Engelborghs. 1999. Time resolved fluorescence and phosphorescence properties of the individual tryptophan residues of barnase: evidence for protein-protein interactions. Proteins 36:42−53.

110. Demchenko, A.P. 1986. Ultraviolet spectroscopy of proteins. Berlin. Springer.

111. Demchenko, A.P. 1994. Protein fluorescence, dynamics and function: Exploration of analogy between electronically excited and biocatalytic transition states. Biocheim. Biophys. Acta 1209:149−164.

112. Demchenko, A.P., I. Gryczynski, Z. Gryczynski, W. Wiczk, H. Malak, and M. Fishman. 1993. Intramolecular dynamics in the environment of the single tryptophan residue in staphylococcal nuclease. Biophys. Chem. 48:39−48.

113. Demchenko, A.P., J. Gallay, M. Vincent, and H.J. Apell. 1998. Fluorescence heterogeneity of tryptophans in Na, K-ATPase: evidences for temperature-dependent energy transfer. Biophys. Chem. 72:265−283.

114. Desie, G., V. Boens, and C.D. Schryver. 1986. Study of the time-resolved tryptophan fluorescence of crystalline alpha-chymotrypsin. Biochemistry. 25:8301−8308.

115. Dolashka, P., I. Dimov, N. Genov, I. Svendsen, K.S. Wilson, and C. Betzel. 1992. Fluorescence properties of native and photooxidised proteinase K: the Xray model in the region of the two tryptophans. Biochim. Biophys. Acta. 1118:303−312.

116. Drablos, F. 1999. Clustering of non-polar contacts in proteins. Bioinformatics 15:501−509.

117. Edsall, J.T., and H.A. McKenzie. 1983. Water and proteins. II The location and dynamics of water in protein systems and its relation to their stability and properties Adv. Biophys. 16:53−183.

118. Eftink, M. R., and C. A. Ghiron. 1977. Exposure of tryptophanyl residues and protein dynamics. Biochemistry 16:5546−5551.

119. Eftink, M. R., and C. A. Ghiron. 1981a. A Comparison of fluorescence quenching and fluorescence decay studies with tryptophan. Photochem. Photobiol. 33:749−752.

120. Eftink, M.R. 1983. Quenching-resolved emission anisotropy studies with single and multitryptophan-containing proteins. Biophys. J. 43:323−334.

121. Eftink, M.R. 1990. Fluorescence techniques for studding protein structure. Methods Biochem. Anal. 35:117−129.

122. Eftink, M.R. 1991. Fluorescence quenching: theory and applications. In: Topics in fluorescence spectroscopy. Ed. Lakowicz J.R. 2:53−120.

123. Eftink, M.R., and C.A. Ghiron. 19 816. On the analysis of the temperature and viscosity dependence of fluorescence-quenching reactions with proteins. Arch. Biochem. Biophys. 209:706−709.

124. Eftink, M.R., and K.A. Hagaman.1986. Viscosity dependence of the solute quenching of the tryptophanyl fluorescence of proteins. Biophys. Chem. 25:277−282.

125. Eftink., M.R., and D.M. Jameson. 1982. Acrylamide and oxygen fluorescence quenching studies with liver alcohol dehydrogenase using steady-state and phase fluorometry. Biochemistry 21:4443−4449.

126. Eisinger, J., and R. E. Dale. 1974. Interpretation of intramoleculaer energy transfer experiments. J. Mol. Biol. 84:643−647.

127. Eisinger, J., B. Feuer, and A. A. Lamola. 1969. Intramolecilar singlet excitation transfer. Applications to polypeptides. Biochemistry. 8:3908−3915.

128. Eisinger, J., W. E. Blumberg, and R. E. Dale. 1981. Orientational effects in intraand intermolecular long range excitation energy transfer. NYAS: 155−175.

129. Engh, R.A., L.X.O. Chen, and G.R. Fleming. 1986. Conformational dynamics of tryptophan: proposal for the origin of the non-exponential fluorescence decay. Chem. Phys. Lett. 129:365−369.

130. Evans, P.A., C.M. Dobson, R.A. Kautz, G. Hatfull, and R.O. Fox. 1987. Proline isomerism in staphylococcal nuclease characterized by NMR and site-directed mutagenesis. Nature 329:266−268.

131. Forster, T. 1959. Transfer mechanism of electronic excitation. Disc. Faraday Soc. 27:1−17.

132. Fox, R.O., P.A. Evans, and C.M. Dobson. 1986. Multiple conformations of a protein demonstrated by magnetization transfer NMR spectroscopy. Nature 320:191−194.

133. Frauenfelder, H., G.A. Petsko, and D. Tsernoglou. 1979. Temperature-dependent X-ray diffraction as a probe of protein structural dynamics. Nature 280:558−563.

134. Fucaloro, A.F., and L.S. Forster. 1985. Conformational fluctuations in alpha-chymotrypsinogen A powders. Photochem. Photobiol. 41:91−93.

135. Georghiou, S., M. Thompson, and A.K. Mukhopadhyay. 1982. Melittin-phospholipid interaction studied by employing the single tryptophan residue as an intrinsic fluorescent probe. Biochim. Biophys. Acta 688:441−452.

136. Georgieva, D.N., P. Nikolov, and C. Betzel. 1998. Steady-state and time-resolved fluorescence of Esperase: comparison with the X-ray structure in the region of the two tryptophans. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 54A:1109−1116.

137. Giacovazzo, C. 1992. Fundamentals of Crystallography. Oxford University Press, Oxford.

138. Gilardi, G., G. Mei, N. Rosato, G.W. Canters, and A. Finazzi Agro. 1994. Unique environment of Trp48 in Pseudomonas aeruginosa azurin as probed by site-directed mutagenesis and dynamic fluorescence spectroscopy. Biochemistry 33:1425−1432.

139. Glusker, J.P., M. Lewis and M. Rossi. 1994. Crystal Structure Analysis for Chemists and Biologists. VCH, New York.

140. Gnanadesikan, R. 1977. Methods for statistical data analysis of multivariate observations. John Wiley. New York.

141. Gopalan V., R. GolbikG. Schreiber, A.R. Fersht, and S. Altman. 1997. Fluorescence properties of a tryptophan residue in an aromatic core of the protein subunit of ribonuclease P from Escherichia coli. J. Mol. Biol. 267:765−769.

142. Graton, E., M. Limkeman, J.R. Lakowicz, B.P. Maliwal, H. Cherek, and G. Lazko. 1984. Resolution of mixtures of fluorophores using variable-frequency phase and modulation data. Biophys. J. 46:479−486.

143. Gray, P. M. D., G. J. L. Kemp, C. J. Rawlings, N. P. Brown, C. Sander, J. M. Thornton, C. M. Orengo, S. J. Wodak, and J. Richelle. 1996. Macromolecular structure information and database. Trends Biochem. Sci. 21:251−256.

144. Grinvald, A., and I.Z. Steinberg. 1974a. On the analysis of fluorescence decay kinetics by the method of least-squares. Anal. Biochem. 59:583−598.

145. Grinvald, A., and I.Z. Steinberg. 19 746. Fast relaxation processes in a protein revealed by the decay kinetics of tryptophan fluorescence. Biochemistry 13:5170−5178.

146. Grinvald, A., and I.Z. Steinberg. 1976. The fluorescence decay of tryptophan residues in native and denatured proteins. Biochim. Biophys. Acta 427:663−678.

147. Guido, K., and P.M. Horowitz. 1975. Contact versus energy transfer fluorescence quenching in the sulfur substituted form of the enzyme rhodanese: a study using cesium ion resolved emission spectra. Biochem. Biophys. Res. Commun. 67:670−676.

148. Guido, K., R.D. Baillie, and P.M. Horowitz. 1976. Spectral studies of the tryptophan exposure in the enzyme rhodanese. Biochim. Biophys. Acta 427:600−607.

149. Haiech, J., J. Derancourt, J.-F. Pechere, and J.G. Demaille. 1979. A new large-scalepurification procedure for muscular parvalbumins. Biochimie 61:583−587.171.

150. Hammann, Ch., A. Messerschmidt, R. Huber, H. Nar, G. Gilardi, and G.W. Canters. 1996. X-ray crystal structure of the two site-specific mutants Ile7Ser and PhellOSer of azurin from Pseudomonas aeruginosa. J. Mol. Biol. 255:362−366.

151. Han, K.F., C. Bystroff, and D. Baker. 1997. Three-dimensional structures and contexts associated with recurrent amino acid sequence patterns. Protein Sci. 6:1587−1590.

152. Hansen, J.E., D.G. Steel, and A. Gafni. 1996. Detection of a pH-dependent conformational change in azurin by timeresolved phosphorescence. Biophys. J. 71:213 8−2143.

153. Hershberger, M. V, R. Lumry, and R. Verrall. 1981. The 3-methy lindole//?-butanol exciplexes evidence for two exciplex sites in indole compounds. Photochem. Photobiol. 33:609−617.

154. Hiratsuka, T. 1992. Spatial proximity of ATP-sensitive tryptophanyl residue (s) and Cys-697 in myosin ATPase. J. Biol. Chem. 267:14 949−14 954.

155. Hof, M. 1998. Picosecond tryptophan fluorescence of membrane-bound prothrombin fragment 1.Biochem. Biophys. Acta 1388:143−153.

156. Jennrich, R. I. 1977. Stepwise discriminant analysis. Eds. Enslein, K, A. Ralston and H.S. Wilf. In Statistical methods for digital computers. New York, Wiley.

157. Jonas, A., J.P. Privat, P. Wahl, and J.C. Osborne. 1982. Nanosecond rotational motions of apolipoprotein C-I in solution and in complexes with dimyristoylphosphatidylcholine. Biochemistry 21:6205−6211.

158. Jung, С., O. Ristau, H. Schulze, and S. G. Sligar. 1996. The CO Stretching Mode Infrared Spectrum of Substrate-Free Cytochrome P-450cam-CO: The Effect of Solvent.

159. Conditions, Temperature, and Pressure. Eur. Biophys. J. 235:660−669.

160. Kasha, M. 1950. Characterization of electronic transitions in complex molecules. Disc. Far. Soc. 9:14−19.

161. Klein, P., and R.L. Somorjai. 1988. Nonlinear methods for discrimination and their application to classification of protein structures. J. Theor. Biol. 130:461−468.

162. Knutson, J.R., D.G. Walbridge, and L. Brand. 1982. Decay-associated fluorescence spectra and the heterogeneous emission of alcohol dehydrogenase. Biochemistry 21:46 714 679.

163. Koloczek, H., A. Wasniowska, J. Potempa, and Z. Wasylewski. 1991. The fluorescence quenching resolved spectra and red-edge excitation fluorescence measurements of human ai-proteinase inhibitor. Biochim. Biophys. Acta 1973:619−625.

164. Koteliansky, V.E., M.A. Glukhova, V.P. Shirinsky, V.N. Smirnov, T.L. Bushueva, V.K. Filimonov, and S.Y. Venyaminov. 1982. A structural study of filamin, a high-molecular-weight actin-binding protein from chicken gizzard. Eur. J. Biochem. 121:553−559.

165. Maki, К., T. Ikura, T. Hayano, N. Takahashi, and K. Kuwajima. 1999. Effects of proline mutations on the folding of staphylococcal nuclease. Biochemistry. 38:2213−2223.

166. Mataga, N., Y. Kaifu, and M. Koizumi. 1955. The solvent effect on fluorescence spectrum. Change of solute-solvent interaction during the lifetime of excited solute molecule. Bull. Chem. Soc. Japan. 28:690−691.

167. Mataga, N., Y. Kaifu, and M. Koizumi. 1956. Solvent effects upon fluorescence spectra and the dipole-moments of excited molecules. Bull. Chem. Soc. Japan. 29: 465−470.

168. McDonald, I., and J. Thronton. 1994. Satisfying hydrogen bonding potential in proteins. J. Mol. Biol. 238:777−793.

169. McLaughlin, M.L., and M.D. Barkley. 1997. Time-resolved fluorescence of constrained tryptophan derivitives: implications for protein fluorescence.. Methods Enzymol. 278:190−202.

170. Mely, Y., M. Cadene, I. Sylte, and J.G. Bieth. 1997. Mapping the suramin-binding sites of human neutrophil elastase: investigation by fluorescence resonance energy transfer and molecular modeling. Biochemistry. 36:15 624−15 631.

171. Mendoza, J. L., V.H. Markos, and R. Gonter. 1978. A new perspective on sequential testing procedures in canonical analysis: A Monte Carlo evaluation. Multivariate Behavioral Research 13:371 -382.

172. Metzler, C.M., R. Viswanath, and D.E. Metzler. 1991. Equilibria and absorption spectra of tryptophanase. J. Biol. Chem. 266:9374−9381.

173. Mitchell, J.B.O., and S.L. Price. 1989. On the electrostatic directionality of N-H 0=C hydrogen bonding. Chem. Phys. Letters 154:267−272.

174. Moncrieffe, M.C., S. Eaton, Z. Bajzer, C. Haydock, J.D. Potter, T.M. Laue, and F.G. Prendergast. 1999. Rotational and translational motion of troponin C. J. Biol. Chem. 274:17 464−17 470.

175. Pardee, J.D., and J. A. Spudich. 1982. Purification of muscle actin. Methods Enzymol. 85 Pt. B:164−81.

176. Park, S., K. Ajtai, and T.P. Burghardt. 1996a. Cleft containing reactive thiol of myosin closes during ATP hydrolysis. Biochim. Biophys. Acta 1296:1−4.

177. Park, S., K. Ajtai, and T.P. Burghardt. 19 966. Optical activity of a nucleotide-sensitive tryptophan in myosin subfragment 1 during ATP hydrolysis. Biophys. Chem. 63:6780.

178. Pelley, R., and P., Horowitz. 1976. Fluorimetric studies of tryptophyl exposure in concanavalin A. Biochim Biophys Acta 427:359−63.

179. Permyakov, E.A., and V.L. Shnyrov. 1983. A spectrofluorometric study of the environment of tryptophans in bacteriorhodopsin. Biophys. Chem. 18: 145−152.

180. Permyakov, E.A., V.M. Grishchenko, L.P. Kalinichenko, N.Y. Orlov, K. Kuwajima, and S. Sugai. 1991. Calcium-regulated interactions of human alpha-lactalbumin with bee venom melittin. Biophys. Chem. 39:111−117.

181. Permyakov, E.A., V.V. Yarmolenko, V.I. Emelyanenko, E.A. Burstein, J. Closset, and C. Gerday. 1980. Fluorescence studies of the calcium binding to withing (Gadus melangus) parvalbumin. Eur. J. Biochem. 109:307−315.

182. Petrich, J.W., M.C. Chang, D.B. McDon, and D.B. Fleming. 1983. On the origin of nonexponential fluorescence decay in tryptophan and its derivatives. J. Am. Chem. Soc. 105:3824−3832.

183. Piatt, J.R. 1949. Classification of spectra of Cata-condensed hydrocarbons. J. Chem. Phys. 17:484−495.

184. Pokalsky, C., P. Wick, E. Harms, F.E. Lytle, and R. L. Van Etten. 1995. Fluorescence resolution of the intrinsic tryptophan residues of bovine protein tyrosyl phosphotase. J. Biol. Chem. 270:3809−3815.

185. Rao, С. R. 1951. An asymptotic expansion of the distribution of Wilks' criterion. Bulletin of the International Statistical Institute. 33:177−181.

186. Rayment, I., W. Rypniewski, K. Schmidt-Base, R. Smith, D.R. Tomchik, M.M. Benning, D.A. Winkelman, G. Wesenberg, and H.M. Holden, H.M. 1993. Three-dimensional structure of myosin sub fragment-1: A molecular motor. Science 261:50−5 8.

187. Rayner, D.M., and A.G. Szabo. 1978. Time resolved fluorescence of aqueous tryptophan. Can. J. Chem. 56:743−745.

188. Ross, J.B., K.W. Rousslang, and L. Brand. 1981. Time-resolved fluorescence and anisotropy decay of the tryptophan in adrenocorticotropin-(l-24). Biochemistry 20:4361−4369.

189. Rousslang, K.W., J.M. Thomasson, J.B. Rose, and A.L. Kwiram. 1979. Triplet state of tryptophan in proteins. 2. Differentiation between tryptophan residues 62 and 108 in lysozyme. Biochemistry. 18:2296−300.

190. Sanschagrin, P.C., and L.A. Kuhn. 1998. Cluster analysis of consensus water sites in thrombin and trypsin shows conservation between serine proteinases and contributions to ligand specificity. Protein Sci. 7:2054;2064.

191. She, M., W.-J. Dong, P.K. Umeda, and H.C. Cheung. 1997. Time-resolved fluorescence study of the single tryptophans of engineered skeletal muscle troponin C. Biophys. J. 73:1042−1055.

192. Siano, D.B., and D.E. Metzler. 1969. Band shapes of the electronic spectra of complex molecules./. Chem. Phys. 51:1856−1861.

193. Sobota, A., J. Bandorowicz, A. Jezierski, and A.F. Sikorski. 1993. The effect of annexins IV and VI on the fluidity of phosphatidylserine/phosphatidylcholine bi layers studied with the use of 5-deoxylstearate spin label. FEBSLett. 315:178−182.

194. Song, P. S., and W.E. Kurtin 1969. The charge distribution in the excited states of some indoles. Photochem. Photobiol. 9:175−177.

195. Steinberg, I. Z. 1971. Long-Range Nonradiative Transfer of Electronic Energy in Proteins and Polypeptides. Ann. Rev. Biochem. 40:83−114.

196. Strickland, E.H., and С. Billups. 1973. Oscillator strengths of the *La and 'Lb absorption bands of tryptophan and several other indoles. Biopolymers 12:1989;1995.

197. Strickland, E.H., C. Billups, and E. Kay. 1972. Effects of hydrogen bonding and solvents upon the tryptophanyl! La absorption band. Studies using 2,3-dimethylindole. Biochemistry 11:3657−3662.

198. Strickland, E.H.- J. Horwitz, and C. Billups. 1970. Near-ultraviolet absorption bands of tryptophan. Studies using indole and 3-methylindole as models. Biochemistry 8−9:4914−4921.

199. Stryjewski, W., and Z. Wasylewski. 1986. The resolution of heterogeneous fluorescence of multitryptophan-containing proteins studied by fluorescence-quenching method. Eur. J. Biochem. 158:547−553.

200. Szabo, A.G., and D.M. Rayner. 1980. The time resolved emission spectra of peptide conformers measured by pulsed laser excitation. Biochem. Biophys. Res. Commun. 94:909−915.

201. Szabo, A.G., T.M. Stepanik, D.M. Wayner, and N.M. Young. 1983. Conformational heterogeneity of the copper binding site in azurin. A time-resolved fluorescence study. Biophys. J. 41:233−244.

202. Tanaka, F., N. Tamai, N. Mataga, B. Tonomura, and K. Hiromi. 1994. Analysis of internal motion of single tryptophan in Streptomyces subtilisin inhibitor from its picosecond time-resolved fluorescence. Biophys. J. 67:874−880.

203. Tchorbanov, B.P., B.V. Alexiev, T.G. Bukolova, E.A. Burstein, and B.P. Atanasov. 1977. Subfractionation and recombination of a neurotoxic complex of Bulgarian viper (Vipera ammodytes ammodytes). FEBSLett. 76:266−268.

204. Teale, F.W.J. 1960. The ultraviolet fluorescence of proteins in neutral solutions. Biochem. J. 76:381−388.

205. Teale, F.W.J., and G. Weber. 1958. Ultraviolet fluorescence of proteins. Biochem. J. 72:15.

206. Tonomura, Y., P. Appel, and M.F. Morales. 1966. On the molecular weight of myosin.1. Biochemistry 5:515−521.

207. Torgerson, P.M. 1984. Tryptophan emission from myosin subfragment 1: Acrylamide and181nucleotide effect monitored by decay-associated spectra. Biochemistry 23:3002−3007.

208. Tran, C.D., G.S. Beddard, and A.D. Osborne. 1982. Secondary structure and dynamics of glucagon in solution. Biochim. Biophys. Acta 709:256−264.

209. Trybus, K.M., and E.W. Taylor. 1982. Transient kinetics of adenosine 5'-diphosphate and adenosine 5'-(a,(i-imidotriphosphate) binding to subfragment-1 and actosubfragment-1. Biochemistry 21:1284−1294.

210. Turoverov, K.K., I.M. Kuznetsova, and V.N. Zaitsev. 1985. The environment of the tryptophan residue in Pseudomonas aeruginosa azurin and its fluorescence properties. Biophys. Chem. 23:79−89.

211. Valeur, В., and G. Weber. 1977. Resolution of the fluorescence excitation spectrum of indole into the 'ba and 'Lb excitation bands. Photochem. Photobiol. 25:441−444.

212. Vanderkooi J.M. 1998. The protein state of matter. Biochem. Biophys. Acta 1386:242−253.

213. Veeraraghavan, S., B.T. Nail, and A.L. Fink. 1997. Effect of prolyl isomerase on the folding reactions of staphylococcal nuclease. Biochemistry. 36:15 134−15 139.

214. Vincent, M., J. Gallay, and A.P. Demchenko. 1995. Solvent relaxation around the excited state of indole: Analysis of fluorescence lifetime distributions and time-dependence spectral shifts. J. Phys. Chem. 99:14 931−14 941.

215. Vincent, M., J. Gallay, and A.P. Demchenko. 1997. Dipolar relaxation around indole as evidenced by fluorescence lifetime distributions and time-dependence spectral shifts. J.Fluoresc. 7:107S-110S.

216. Vix, A., and H. Lami. 1995. Protein Fluorescence Decay: Discrete Components or Distribution of Lifetimes? Really no Way Out of the Dilemma? Biophys. J. 68:11 451 151.

217. Walker, M.S., T.W. Bednar, and R. Lumry. 1967. Exciplex studies. II. Indole and indole derivatives. J. Chem. Phys. 47: 1029−1028.

218. Ward, J. H. 1963. Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association 58:236.

219. Ware, W.R., P. Chow, and S.K. Lee. 1968. Time-resolved nanosecond emission spectroscopy: Spectral shifts due to solvent-solute relaxation. Chem. Phys. Lett. 2:356−358.

220. Ware, W.R., S.K. Lee. G.J. Brant, and P.P. Chow. 1970. Nanosecond time-resolved emission spectroscopy: Spectral shifts due to solvent-excited solute relaxation. J. Chem. Phys. 54:4729−4737.

221. Wasylewski, Z., H. Koloczek, and A. Wasniowska. 1988. Fluorescence quenching-resolved spectroscopy of proteins. Eur. J. Biochem. 172:719−724.

222. Weber, G. 1960. Fluorescence-polarization spectrum and electronic-energy transfer in tyrosine, tryptophan and related compounds. Biochem. J. 75:335−345.

223. Weitzman, C., T.G. Consler, and H.R. Kaback. 1995. Fluorescence of native single-Trp mutants in the lactose permease from Escherichia coli: Structural properties and evidence for a substrateinduced conformational change. Protein Sci. 4:2310−2318.

224. Weller, P.A., E.P. Ogryzko, E.B. Corben, N.I. Zhidkova, B. Patel, GJ. Price, N.K. Spurr, V.E. Koteliansky, and D.R. Gritchley. 1990. Complete sequence of human vinculin and assignment of the gene to chromosome 10. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:56 675 671.

225. Werber, M.M., A.G. Szent-Gyorgyi, and G.D. Fasman. 1972. Fluorescence studies on heavy meromyosin-substrate interaction. Biochemistry 11−2872−2883.

226. Werber, M.M., Y.M. Peyser, and A. Muhlard. 1987. Modification of myosin subfragment 1 tryptophans by dimethyl (2-hydroxy-5-nitrobenzyl)sulfonium bromide. Biochemistry 20:2903−2909.

227. Willaet, K., and Y. Engelborghs. 1991. The Quenching of Tryptophan Fluorescence by Protonated and Unprotonated Imidazole. Eur. Biophys. J. 20:177−182.

228. Willis, K.J., and A. G. Szabo. 1992. Conformation of parathyroid hormone: Time-resolved fluorescence studies. Biochemistry 31:8924−8931.

229. Yamamoto, Y., and J. Tanaka. 1972. Polarized absorption spectra of crystals of indole and its related compounds. Bull. Chem. Soc. Jpn. 65:1362−1366.

230. Yengo, C.M., P.M. Fagnant, L. Chrin, A.S. Rovner, and C.L. Berger. 1998. Smooth muscle myosin mutants containing a single tryptophan reveal molecular interactions at the actin-binding interface. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95:12 944−12 949.

231. Yengo, Ch.M., L. Chrin, A. S. Rovner, and Ch. L. Berger. 2000. Intrinsic tryptophan fluorescence demonstrates coupling between the active site and actin-binding region of myosin. Biophys. J. 78, 2(2), 243A.

232. Yengo, Ch.M., L. Chrin, A. S. Rovner, and Ch. L. Berger. 2000. Tryptophan 512 in smooth muscle myosin is sensitive to nucleotide binding and hydrolysis of ATP. Biophys. J. 78, 2(2), 243A.

233. Yuan, Т., A. M. Weljie, and H. J. Vogel. 1998. Tryptophan Fluorescence Quenching by Methionine and Selenomethionine Residues of Calmodulin: Orientation of Peptide and Protein Binding. Biochemistry. 37:3187−3195.

234. Zhang, M. Q. 1997. Identification of protein coding regions in the human genome by quadratic discriminant analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. 94:565−568.

235. Zhou, X., Y. Maeda, K. Mabuchi, and S.S. Lehrer. 1998. Unfolding domains and tryptophan accessibility of a 59 kDa coiled-coil light meromyosin. J. Mol. Biol. 276:829−838.