Transition-Metal Systems in Biochemistry Studied by High-Accuracy Quantum Chemical Methods

Chemical Reviews

Volumn 100, Issue 2, 2000, Pages 421-437

  Siegbahn, Per E M ^a,b,c   Blomberg, Margareta R A ^a  

^a STOCKHOLM UNIVERSITY   (Sweden)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c IBM   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0001363007     PISSN: 00092665     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr980390w     Document Type: Review

References (126)

1. Bauschlicher, C. W., Jr.; Siegbahn, P.; Pettersson, L. G. M. Theor. Chim. Acta 1988, 74, 479-491.
2. Goodgame, M. M.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. 1981, 85, 215-217.
3. Becke, A. D. Phys. Rev. 1988, A38, 3098.
4. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1992, 96, 2155-2160.
5. Becke A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652.
6. Friesner, R. A.; Beachy, M. D. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 257-262.
7. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1999, 50, 221-249.
8. Bernardi, F.; Bottoni, A.; Casadio, R.; Fanselli, P.; Rigo, A. Int. J. Quantum Chem. 1996, 58, 109-119. Bernardi, F.; Bottoni, A.; Casadio, R.; Fariselli, P.; Rigo, A. Inorg. Chem. 1996, 35, 5207-5212.
9. Bernardi, F.; Bottoni, A.; Casadio, R.; Fanselli, P.; Rigo, A. Int. J. Quantum Chem. 1996, 58, 109-119. Bernardi, F.; Bottoni, A.; Casadio, R.; Fariselli, P.; Rigo, A. Inorg. Chem. 1996, 35, 5207-5212.
10. Mahapatra, S.; Halfen, J. A.; Wilkinson, E. C.; Pan, G.; Wang, X.; Young, V. G., Jr.; Cramer, C. J.; Que, L., Jr.; Tolman, W. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11555. Cramer, C. J.; Smith, B. A.; Tolman, W. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11283.
11. Mahapatra, S.; Halfen, J. A.; Wilkinson, E. C.; Pan, G.; Wang, X.; Young, V. G., Jr.; Cramer, C. J.; Que, L., Jr.; Tolman, W. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11555. Cramer, C. J.; Smith, B. A.; Tolman, W. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11283.
12. Flock, M.; Pierloot, K. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 95-102.
13. Lind, T.; Siegbahn, P. E. M.; Crabtree, R. H. J. Phys. Chem. 1999, 103, 1193-1202.
14. Bérces, A. Inorg. Chem. 1997, 36, 4831-4837.
15. Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O.; Pierloot, K. J. Mol. Biol. 1996, 261, 586-596.
16. Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O.; Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A. Encycl. Comput. Chem. 1998, 3, 2255-7270.
17. Yoshizawa, K.; Shiota, Y.; Yamabe, T. Organometallics 1998, 17, 2825-2831.
18. Yoshizawa, K.; Ohta, T.; Shiota, Y.; Yamabe, T. Chem. Lett. 1997, 1213-1214; ibid. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1998, 71, 1899.
19. Yoshizawa, K.; Ohta, T.; Shiota, Y.; Yamabe, T. Chem. Lett. 1997, 1213-1214; ibid. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1998, 71, 1899.
20. Siegbahn, P. E. M.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3103-3113.
21. Siegbahn, P. E. M.; Crabtree, R. H.; Nordlund, P. J. Biol. Inorg. Chem. 1998, 3, 314-317.
22. Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 1999, 38, 2880-2889.
23. Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M.; Styring, S.; Babcock, G. T.; Åkermark, B.; Korall, P. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8285-8292.
24. Siegbahn, P. E. M.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 117-127.
25. Stevens, P. J.; Devlin F. J.; Chablowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623.
26. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. 1988, B37, 785.
27. Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200.
28. (a) Perdew, J. P.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244.
29. (b) Perdew, J. P. In Electronic Structure of Solids; Ziesche, P., Eischrig, H., Eds.; Akademie Verlag: Berlin, 1991.
30. (c) Perdew, J. P.; Chevary, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Pederson, M. R.; Singh, D. J.; Fiolhais, C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671.
31. Curtiss, L. A.; Raghavachari, K.; Trucks, G. W.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1991, 94, 7221.
32. Bauschlicher, C. W., Jr.; Ricca, A.; Partridge, H.; Langhoff, S. R. In Recent Advances in Density Functional Methods, Part II; Chong, D. P., Ed.; World Scientific Publishing Co.: Singapore, 1997; p 165.
33. Armentrout, P. B.; Kickel, B. L. In Organometallic Ion Chemistry; Freiser, B. S., Ed.; Kluwer: Dordrecht, 1995; pp 1-45.
34. Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M.; Svensson, M. J. Chem. Phys. 1996, 104, 9546-9554.
35. Ricca, A.; Bauschlicher, C. W., Jr. J. Phys. Chem. A. 1997, 101, 8949-8955.
36. Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. Unpublished results.
37. Ricca, A.; Bauschlicher, C. W., Jr. J. Phys. Chem. 1994, 98 12899-12903.
38. Distefano, G. J. Res. Natl. Bur. Stand. A 1970, 74, 233.
39. Halle, L. F.; Armentrout, P. B.; Beauchamp, J. L. Organometallics 1982, 1, 963.
40. Sunderlin, L. S.; Wang, D.; Squires, R. R. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 2788.
41. Koch, W.; Hertwig, R. H. Encycl. Comput. Chem., in press.
42. Lewis, K. E.; Golden, D. M.; Smith, G. P. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 3905-3912.
43. Gardner, K. A.; Mayer, J. M. Science 1995, 269, 1849 and private communication.
44. Roos, B. O.; Andersson, K.; Fülscher, M. P.; Malmqvist, P.-Å.; Serrano-Andrés, L.; Pierloot, K.; Merchán, M. In Advances in Chemical Physics: New Methods in Computational Quantum Mechanics; Prigogine, I., Rice, S. A., Eds.; Wiley: New York, 1996; Vol. XCIII, pp 219-331.
45. Åqvist, J.; Warshel, A. Chem. Rev. 1993, 93, 2523-44.
46. Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M.; Babcock, G. T. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8812-8824.
47. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Keith, T.; Petersson, G. A.; Montgomery, J. A.; Raghavachari, K.; Al-Laham, M. A.; Zakrzewski, V. G.; Ortiz, J. V.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Peng, C. Y.; Ayala, P. Y.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Replogle, E. S.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Binkley, J. S.; Defrees, D. J.; Baker, J.; Stewart, J. P.; Head-Gordon, M.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 94 Revision B.2; Gaussian Inc.; Pittsburgh, PA, 1995.
48. Warshel, A.; Chu, Z. T.; Parson, W. W. Science 1989, 246, 112.
49. Wikström, M. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1365, 185-192. Karpenfors, M.; Ädelroth, P.; AAgaard, A.; Sigurdson, H.; Svenson Ek, M.; Brzezinski, P. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1365, 159-169.
50. Wikström, M. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1365, 185-192. Karpenfors, M.; Ädelroth, P.; AAgaard, A.; Sigurdson, H.; Svenson Ek, M.; Brzezinski, P. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1365, 159-169.
51. Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M.; Babcock, G. T.; Wikström, M. Submitted for publication.
52. Ferguson-Miller, S.; Babcock, G. T. Chem. Rev. 1996, 96, 2889-2907.
53. Babcock, G. T.; Wikström, M. Nature 1992, 356, 301-309.
54. Proshlyakov, D. A.; Ogura, T.; Shinzawa-Itoh, K.; Yoshikawa, S.; Kitagawa, T. Biochemistry 1996, 35, 76-78.
55. Proshylakov, D. A.; Pressler, M. A.; Babcock, G. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 8020.
56. Brzezinski, P. Private communication.
57. Yoshioka, Y.; Kubo, S.; Yamaguchi, K.; Saito, I. Chem. Phys. Lett. 1998, 294, 459-467.
58. Ghosh, A.; Skancke, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10087-10090.
59. Yachandra, V. K.; Sauer, K.; Klein, M. P. Chem. Rev. 1996, 96, 2927-2950.
60. (a) Hoganson, C. W.; Lydakis-Simantiris, N.; Tang, X.-S.; Tommos, C.; Warncke, K.; Babcock, G. T.; Diner, B. A.; McCracken, J.; Styring, S. Photosynth. Res. 1995, 46, 177.
61. (b) Babcock, G. T. In Photosynthesis from Light to Biosphere; Mathis, P., Ed.; Kluwer: Dordrecht, 1995; Vol. 2, p 209.
62. (c) Tommos, C.; Tang, X.-S.; Warncke, K.; Hoganson, C. W.; Styring, S.; McCracken, J.; Diner, B. A.; Babcock, G. T. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 10325.
63. (a) Renger, G. Photosynthetica 1987, 21, 203-224.
64. (b) Renger, G. Physiol. Plant. 1997, 100, 828-841.
65. (a) Haumann, M.; Bögershausen, O.; Cherepanov, D.; Ahlbrink, R.; Junge, W. Photosynth. Res. 1997, 51, 193-208.
66. (b) Ahlbrink, R.; Haumann, M.; Cherepanov, D.; Bögershausen, O.; Mulkidjanian, A.; Junge, W. Biochemistry 1998, 37, 1131-1142.
67. Lindberg, K.; Andreasson, L. Biochemistry 1996, 35, 14259.
68. Kok, B.; Forbush, B.; McGloin, M. Photochem. Photobiol. 1970, 11, 457.
69. McGrady, J. E.; Stranger, R. Inorg. Chem. 1999, 38, 550-558.
70. Cinco, R. M.; Robblee, J. H.; Rompel, A.; Fernandez, C.; Yachandra, V. K.; Sauer, K.; Klein, M. P. J. Phys. Chem. 1998, B102, 8248-8256.
71. Messinger, J.; Badger, M.; Wydrzinski, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 3209-3213.
72. Howard, J. B.; Rees, D. C. Chem. Rev. 1996, 96, 2965-2982.
73. Burgess, B. K.; Lowe, D. J. Chem. Rev., 1996, 96, 2983-3011.
74. Eady, R. R. Chem. Rev. 1996, 96, 3013-3030.
75. Kim, J.; Rees, D. C. Nature 1992, 360, 553.
76. Kim, J.; Rees, D. C. Science 1992, 257, 1677.
77. Dean, D. R.; Bolin, J. T.; Zheng, L. M. J. Bacteriol. 1993, 175, 6737.
78. Machado, B. C.; Davidson, E. R. Theor. Chim. Acta 1995, 92, 315-326.
79. Siegbahn, P. E. M.; Svensson, M.; Westerberg, J.; Crabtree, R. H. J. Phys. Chem. 1998, B102, 1615-1623.
80. Rod, T. H.; Nørskov, J. K.; Hammer, B. Phys. Rev. Lett., in press.
81. Dance, I. Chem. Commun. 1998, 523-530. Dance, I. Chem. Commun. 1997, 165-166. Dance, I. G.Aust. J. Chem. 1994, 47, 979 . Dance, I. G. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 1, 581 .
82. Dance, I. Chem. Commun. 1998, 523-530. Dance, I. Chem. Commun. 1997, 165-166. Dance, I. G.Aust. J. Chem. 1994, 47, 979 . Dance, I. G. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 1, 581 .
83. Dance, I. Chem. Commun. 1998, 523-530. Dance, I. Chem. Commun. 1997, 165-166. Dance, I. G.Aust. J. Chem. 1994, 47, 979 . Dance, I. G. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 1, 581 .
84. Dance, I. Chem. Commun. 1998, 523-530. Dance, I. Chem. Commun. 1997, 165-166. Dance, I. G.Aust. J. Chem. 1994, 47, 979 . Dance, I. G. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 1, 581 .
85. Volbeda, A.; Charon, M. H.; Piras, C.; Hatchikian, E. C.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. Nature 1995, 373, 580.
86. Volbeda, A.; Garcin, E.; Piras, C.; de Lacey, A. L.; Fernandez, V. M.; Hatchikian, E. C.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12989.
87. Happe, R. P.; Roseboom, W.; Pierik, A. J.; Albracht, S. P. J.; Bagley, K. A. Nature 1997, 385, 126.
88. Pavlov, M.; Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 548.
89. Pavlov, M.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. Int. J. Quantum Chem. 1999, 73, 197-207.
90. Garcin, E.; Hatchikian, C.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. private communication.
91. Niu, S.; Thomson, L. M.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4000-4007.
92. Harris, D.; Loew, G. H. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8941-8948.
93. Green, M. T. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7939-7940.
94. Harris, D.; Loew, G.; Waskell, L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4308-4318.
95. Green, M. T. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 10772-10773.
96. Filatov, M.; Harris, N.; Shaik, S. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1999, 399-410.
97. Segall, M. D.; Payne, M. C.; Ellis, S. W.; Tucker, G. T.; Boyes, R. N. Phys. Rev. E 1998, 57, 4618-4621.
98. Loew, G.; Harris, D. L. Chem. Rev. 2000, 100, 407-420.
99. Wirstam, M.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 10178-10185.
100. Kuramochi, H.; Noodleman, L.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 11442-11451.
101. Ghosh, A.; Almlöf, J.; Que, L. J. Phys. Chem. 1994, 98, 5576-5579.
102. Deeth, R. T. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6074.
103. Woon, D. E.; Loew, G. H. J. Phys. Chem. A 1998, 98, 10380-10384.
104. Sigfridsson, E.; Ryde, U. J. Biol. Inorg. Chem. 1999, 4, 99-110.
105. Vangberg, T.; Bocian, D.F. Ghosh, A. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 526-530.
106. Rovira, C.; Kunc, K.; Hutter, J.; Ballone, P.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8914-8925.
107. Ghosh, A.; Gonzalez, E.; Vangberg, T. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1363-1367.
108. Ghosh, A.; Almlöf, J.; Que, L. Angew. Chem. 1996, 35, 770-772.
109. Pietsch, M. A.; Hall, M. B. Inorg. Chem. 1996, 35, 1273-1278.
110. Thapper, A.; Deeth, R. J.; Nordlander, E. Inorg. Chem. 1999, 38, 1015-1018.
111. Mouesca, J.-M.; Chen, J. L.; Noodleman, L.; Bashford, D.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11898-11914.
112. Li, J.; Nelson, M. R.: Peng, C. Y.; Bashford, D.; Noodleman, L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 6311-6324.
113. Li, J.; Fisher, C. L.; Konecny, R.; Bashford, D.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 1999, 39, 929-939.
114. Konecny, R.; Li, J.; Fisher, C. L.; Dillet, V.; Bashford, D.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 1999, 39, 940-50.
115. Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Roos, B. O. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 218-226.
116. Gewirth, A. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3811-3819.
117. De Kerpel, J. O. A.; Pierloot, K.; Ryde, U.; Roos, B. O. J. Phys. Chem. 1998, 102, 4638-4647.
118. Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13156-13166.
119. Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Roos, B. O. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 218-226.
120. Casida, M. E. In Recent Advances in Density Functional Methods; Chong, D. P., Ed.; World Scientific: Singapore, 1995; p 155.
121. Tozer, D. J.; Amos, R. D.; Handy, N. C.; Roos, B. O.; Serrano-Andres, L., in press.
122. Noodleman, L.; Li, J.; Zhao, X.-G.; Richardson, W. H. In Methods in Chemistry and Materials Science; Springborg, M., Ed.; John Wiley and Sons: New York, 1997; pp 149-187.
123. Zhao, X. G.; Richardson, W. H.; Chen, J. L.; Li, J.; Noodleman, L.; Tsai, H.-L.; Hendrickson, D. N. Inorg. Chem. 1997, 36, 1198-217.
124. Solomon, E. I.; Tuczek, F.; Root, D. E.; Brown, C. A. Chem. Rev. 1994, 94, 827-56.
125. Tuczek, F.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 6916-6924.
126. Brown, C. A.; Remar, G. J ; Musselman, R. L.; Solomon, E. I. Inorg. Chem. 1995, 34, 688-717.