How Far Can Proteins Bend the FeCO Unit? Distal Polar and Steric Effects in Heme Proteins and Models

Journal of the American Chemical Society

Volumn 116, Issue 1, 1994, Pages 162-176

  Ray, Gigi B ^a,b,c,d,f   Li, Xiao Yuan ^a,b,c,d   Ibers, James A ^a,b,c,d   Sessler, Jonathan L ^a,b,c,d,e   Spiro, Thomas G ^a,b,c,d  

^a PRINCETON UNIVERSITY   (United States)

^b HONG KONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Hong Kong)

^c NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^d UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN   (United States)

^e UNIVERSITY OF TEXAS   (United States)

^f ST JUDE CHILDREN S RESEARCH HOSPITAL   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0028223077     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja00080a019     Document Type: Article

References (120)

1. Kerr, E.; Yu, N.-T. In Biological Applications of Raman Spectroscopy, Vol 3: Resonance Raman Spectra of Heme and Metalloproteins; Spiro, T. G., Ed.; Wiley-Interscience: New York, 1988; pp 39-95.
2. Yu, N.-T. Methods Enzymol. 1986, 130, 350-409.
3. Park, K. D.; Guo, K.; Adebodun, F.; Chiu, M. L.; Sligar, S. G.; Oldfield, E. Biochemistry 1991, 30, 2333-2347.
4. Augspurger, J. D.; Dykstra, C. E.; Oldfield, E. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2447-2451.
5. Oldfield, E.; Guo, K.; Augspurger, J. D.; Dykstra, C. E. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7537-7541.
6. Traylor, T. G. Acc. Chem. Res. 1981, 14, 102-109.
7. Collman, J. P.; Brauman, J. I.; Iverson, B. L.; Sessler, J. L.; Morris, R. M.; Gibson, Q. H. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 3052-3064.
8. Collman, J. P.; Brauman, J. I.; Collins, T. J.; Iverson, B. L.; Lang, G.; Pettman, R. B.; Sessler, J. L.; Walters, M. A. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 3038-3052.
9. Collman, J. P.; Brauman, J. I.; Halbert, T. R.; Suslick, K. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1976, 73, 3333-3337.
10. Traylor, T. G.; Koga, N.; Deardurff, L. A. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 6504-6510.
11. Cheng, X.; Schoenborn, B. J. Mol. Biol. 1991, 220, 381-399.
12. Cheng, X.; Schoenborn, B. P. Acta Crystallogr. 1990, B46, 195-208.
13. Hanson, J. C.; Schoenborn, B. P. J. Mol. Biol. 1981, 153, 117-146.
14. Norvell, J. C.; Nunes, A. C.; Schoenborn, B. P. Science 1975, 190, 568-570.
15. Kuriyan, J.; Wilz, S.; Karplus, M.; Petsko, G. A. J. Mol. Biol. 1986, 192, 133-154.
16. Kim, K.; Fettinger, J.; Sessler, J. L.; Cyr, M.; Hugdahl, J.; Coliman, J. P.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 403-405.
17. Kim, K.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 6077-6081.
18. Quillin, M. L.; Arduini, R. M.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1993, 234, 140-155.
19. Derewenda, Z.; Dodson, G.; Emsley, P.; Harris, D.; Nagai, K.; Perutz, M. F.; Renaud, J. P. J. Mol. Biol. 1990, 211, 515-519.
20. Yu, N.-T.; Kerr, E. A.; Ward, B.; Chang, C. K. Biochemistry 1983, 22, 4534-4540.
21. Desbois, A.; Momenteau, M.; Lutz, M. Inorg. Chem. 1989, 28, 825-834.
22. Tsubaki, M.; Srivastava, R. B.; Yu, N.-T. Biochemistry 1982, 21, 1132-1140.
23. Collman, J. P.; Basolo, F.; Bunnenberg, E.; Collins, T. J.; Dawson, J. H.; Ellis, P. E.; Marrocco, M. L.; Moscowitz, A.; Sessler, J. L.; Szymanski, T. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 5636-5648.
24. Collman, J. P.; Brauman, J. I.; Collins, T. J.; Iverson, B. L.; Sessler, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 2450-2452.
25. Hashimoto, T.; Dyer, R. L.; Crossley, M. J.; Baldwin, J. E.; Basolo, F. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 2101-2109.
26. Ellis, P. E., Jr.; Linard, J. E.; Szymanski, T.; Jones, R. D.; Budge, J. R.; Basolo, F. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 1889-1896.
27. Jones, R. D.; Budge, J. R.; Ellis, P. E., Jr.; Linard, J. E.; Summerville, D. A.; Basolo, F. J. Organomel. Chem. 1979, 181, 151-158.
28. Johnson, M. R.; Seok, W. K.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 3998-4000.
29. Kerr, E. A.; Mackin, H. C.; Yu, N.-T. Biochemistry 1983, 22, 4373-4379.
30. Kerr, E. A. Ph.D. Dissertation, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 1984.
31. Wayland, B. B.; Mehne, L. F.; Swartz, J. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 2379-2383.
32. Li, X.-Y.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6024-6033.
33. Tsubaki, M.; Ichikawa, Y. Biochim. Biophys. Acta 1985, 827, 268-274.
34. Paul, J.; Smith, M. L.; Paul, K.-G. Biochim. Biophys. Acta 1985, 832, 257-264.
35. Tsubaki, M.; Hiwatashi, A.; Ichikawa, Y. Biochemistry 1986, 25, 3563-3569.
36. Uno, T.; Nishimura, Y.; Tsuboi, M.; Makino, R.; Iizuka, T.; Ishimura, Y. J. Biol. Chem. 1987, 262, 4549-4556.
37. Smulevich, G.; Miller, M.; Kraut, J.; Spiro, T. G. Biochemistry 1991, 30, 9546-9558.
38. Argade, P. V.; Ching, Y. C.; Rousseau, D. L. Science 1984, 225, 329-331.
39. Yoshikawa, S.; Choc, M. G.; O'Toole, T.; Caughey, W. S. J. Biol. Chem. 1977, 252, 5498-5505.
40. Salmeen, I.; Rimai, L.; Babcock, G. T. Biochemistry 1978, 17, 800-806.
41. Ogura, T.; Hon-nami, K.; Oshima, T.; Yoshikawa, S.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 7781-7783.
42. Woodruff, W. H.; Einarsdottir, O.; Dyer, R. B.; Bagley, K. A.; Palmer, G.; Atherton, S. J.; Goldbeck, R. A.; Dawes, T. D.; Kliger, D. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 2588-2592.
43. Evangelista-Kirkup, R.; Smulevich, G.; Spiro, T. G. Biochemistry 1986, 25, 4420-4425.
44. Smith, M. L.; Ohlsson, P.-I.; Paul, K.-G. FEBS Lett. 1983, 163, 303-305.
45. Smulevich, G.; Evangelista-Kirkup, R.; English, A.; Spiro, T. G. Biochemistry 1986, 25, 4426-4430.
46. Edwards, S. L.; Poulos, T. L. J. Biol. Chem. 1990, 265, 2588-2595.
47. Caughey, W. S. In Methods for Determining Metal Ion Environments in Proteins: Structure & Function of Metalloproteins; Darnall, D. W., Wilkins, R. G., Eds.; Elsevier North-Holland: New York, 1980; pp 95-115.
48. Hoard, J. L. In Porphyrins and Metalloporphyrins; Smith, K. M., Ed.; Elsevier: Amsterdam, 1975; Chapter 8, p 358.
49. Ricard, L.; Weiss, R.; Momenteau, M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1986, 818-820.
50. Mitchell, M. L. Ph.D. Dissertation, Princeton University, Princeton, NJ, 1984.
51. Traylor, T. G.; Tsuchiya, S.; Campbell, D.; Mitchell, M.; Stynes, D.; Koga, N. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 604-614.
52. Traylor, T. G.; Mitchell, M. J.; Tsuchiya, S.; Campbell, D. H.; Stynes, D. V.; Koga, N. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 5234-5236.
53. Badger, R. M. J. Chem. Phys. 1935, 3, 710-714.
54. Herschbach, D. R.; Laurie, V. W. J. Chem. Phys. 1961, 35, 458-463.
55. Spiro, T. G.; Czemuszewicz, R. S.; Li, X.-Y. Coord. Chem. Rev. 1990, 100, 541-571.
56. Herzberg, G. Molecular Spectra and Molecular Structure: II. Infrared and Raman Spectra of Polyatomic Molecules; Van Nostrand Reinhold: New York, 1945; p 173.
57. Kerr, E. A.; Yu, N.-T.; Bartnicki, D. E.; Mizukami, H. J. Biol. Chem. 1985, 260, 8360-8365.
58. Nagai, K.; Luisi, B.; Shih, D.; Miyazaki, G.; Imai, K.; Poyart, C. ; De Young, A.; Kwiatkowsky, L.; Noble, R. W.; Lin, S.-H.; Yu, N.-T. Nature 1987, 329, 858-860.
59. Morikis, D.; Champion, P. M.; Springer, B. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1989, 28, 4791-4800.
60. Lin, S.-H.; Yu, N.-T.; Tame, J.; Shih, D.; Renaud, J.-P.; Pagnier, J.; Nagai, K. Biochemistry 1990, 29, 5562- 5566.
61. Biram, D.; Garratt, C. J.; Hester, R. E. In Spectroscopy of Biological Molecules; Hester, R. E., Girling, R. B., Eds.; Royal Society of Chemistry: Cambridge, U.K., 1991; pp 433-434.
62. Balasubramanian, S.; Lambright, D.G.; Marden, M. C.; Boxer, S. G. Biochemistry 1993, 32, 2202-2212.
63. Li, T.; Quillin, M. L.; Phillips, G.N., Jr.; Olson, J. S. submitted for publication in Biochemistry.
64. Uno, T.; Nishimura, Y.; Makino, R.; Iizuka, T.; Ishimura, Y.; Tsuboi, M. J. Biol. Chem. 1985, 260, 2023-2026.
65. O'Keefe, D. H.; Ebel, R. E.; Peterson, J. A.; Maxwell, J. C.; Caughey, W. S. Biochemistry 1978, 17, 5845-5852.
66. Makino, R.; Iizuka, T.; Ichikawa, Y. Proceedings of the IXth International Conference on Raman Spectroscopy, Tokyo, Japan, Aug 27-Sept 1, 1984; p 492.
67. Tsubaki, M.; Hiwatashi, A.; Ichikawa, Y. Biochemistry 1987, 26, 4535-4540.
68. Anzenbacher.P.; Evangelista-Kirkup,R.; Schenkman,J.;Spiro, T.G.Inorg.Chem. 1989, 28, 4491-4495.
69. Egawa, T.; Imai, Y.; Ogura, T.; Kitagawa, T. Biochim. Biophys. Acta 1990,1040, 211-216.
70. Ozaki, Y.; Kitagawa, T.; Kyogoku, Y.; Imai, Y.; Hashimoto-Yutsudo, C.; Sato, R. Biochemistry 1978, 17, 5826-5831.
71. Poulos, T. L.; Finzel, B. C.; Howard, A. J. J. Mol. Biol. 1987, 195, 687-700.
72. Raag, R.; Poulos, T. L. Biochemistry 1989, 28, 7586-7592.
73. Raag, R.; Martinis, S. A.; Sligar, S. G.; Poulos, T. L. Biochemistry 1991, 30, 11420-11429.
74. Tsuboi, M. Ind. J. Pure Appl. Phys. 1988, 26, 188-191.
75. Nagai, M.; Yoshimasa, Y.; Kitagawa, T. Biochemistry 1991, 30, 6495-6503.
76. Lian, T.; Locke, B.; Kitagawa, T.; Nagai, M.; Hochstrasser, R. M. Biochemistry 1993, 32, 5809-5814.
77. Spiro, T. G.; Czemuszewicz, R.S. In Physical Methods in Bioinorganic Chemistry; Que, L., Ed.; University Science Books: Mill Valley, CA, in press.
78. Champion, P. M. In Biological Applications of Raman Spectroscopy, Vol. 3: Resonance Raman Spectra of Heme and Metalloproteins; Spiro, T. G., Ed.; Wiley-Interscience: New York, 1988; pp 249-292.
79. Perutz, M. F. Trends Biochem. Sci. 1989, 14, 42-44.
80. Olson, J. S.; Mathews, A. J.; Rohlfs, R. J.; Springer, B. A.; Egeberg, K. D.; Silgar, S. G.; Tame, J.; Renaud, J.-P.; Nagai, K. Nature 1988, 336, 265-266.
81. Ward, B.; Wang, C.-B.; Chang, C. K. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 5236-5238.
82. Jameson, G. B.; Drago, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3017-3020.
83. Phillips, S. E. V.; Schoenborn, B. P. Nature (London) 1981, 292, 81-82.
84. Phillips, S. E. V. J. Mol. Biol. 1980, 142, 531-554.
85. Rajarathnam, K.; Qin, J.; La Mar, G.; Chiu, M. L.; Sligar, S. G. Biochemistry 1993, 32, 5670-5680.
86. McCoy, S.; Caughey, W. S. In Probes of Structure and Function of Macromolecules and Membranes, Vol II; Chance, B., Yonetani, T., Mildvan, A. S., Eds.; Academic Press: New York, 1971; pp 289-293.
87. Fuchsman, W. H.; Appleby, C. A. Biochemistry 1979, 18, 1309-1321.
88. Makinen, M. W.; Houtchens, R. A.; Caughey, W. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1979, 76, 6042-6046.
89. Caughey, W. S.; Shimada, H.; Choc, M. G.; Tucker, M. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1981, 78, 2903-2907.
90. Potter, W. T.; Hazzard, J. H.; Choc, M. G.; Tucker, M. P.; Caughey, W. S. Biochemistry 1990, 29, 6283-6295.
91. Ansari, A.; Berendzen, J.; Braunstein, D.; Cowen, B. R.; Frauenfelder, H.; Hong, M. K.; Iben, I. E. T.; Johnson, J. B.; Ormos, P.; Sauke, T. B.; Scholl, R.; Schulte, A.; Steinbach, P. J.; Vittitow, J.; Young, R. D. Biophys. Chem. 1987, 26, 337-355.
92. Mourant, J. R.; Braunstein, D. P.; Chu, K.; Frauenfelder, H.; Nienhaus, G. U.; Ormos, P.; Young, R. D. Submitted for publication in Biophys. J.
93. Frauenfelder, H.; Sligar, S. G.; Wolynes, P. G. Science 1991, 254, 1598-1603.
94. Hong, M. K.; Braunstein, D.; Cowen, B. R.; Frauenfelder, H.; Iben, I.E.T.; Mourant, J. R.; Ormos, P.; Scholl, R.; Schulte, A.; Steinbach, P. J.;Xie, A. H.; Young, R. D. Biophys. J. 1990, 58, 429-436.
95. Frauenfelder, H.; Alberding, N. A.; Ansari, A.; Braunstein, D.; Cowen, B. R.; Hong, M. K.; Iben, I. E. T.; Johnson, J. B.; Luck, S.; Marden, M. C.; Mourant, J. R.; Ormos, P.; Reinisch, L.; Scholl, R.; Schulte, A.; Shyamsunder, E.; Sorensen, L. B.; Steinbach, P. J.; Xie, A. H.; Young, R. D.; Yue, K. T. J. Phys. Chem. 1990, 94, 1024-1037.
96. Berendzen, J.; Braunstein, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 1-5.
97. Ramsden, J.; Spiro, T. G. Biochemistry 1989, 28, 3125-3128.
98. Ormos, P.; Braunstein, D.; Frauenfelder, H.; Hong, M. K.; Lin, S.-L.; Sauke, T. B.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. US.A. 1988, 85, 8492- 8496.
99. Moore, J. N.; Hansen, P. A.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 5062-5066.
100. Han, S.; Rousseau, D. L.; Giacometti, G.; Brunori, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 205-209.
101. Zhu, L.; Sage, J. T.; Rigos, A. A.; Morikis, D.; Champion, P. M. J. Mol. Biol. 1992, 224, 207-215.
102. Wilbur, D. J.; Allerhand, A. J. Biol. Chem. 1977, 252, 4968-4975.
103. Quillin, M. L.; Brantley, R. E., Jr.; Johnson, K. A.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. Biophys. J. 1992, 61, A466.
104. Brown, W. E., III; Sutcliffe, J. W.; Pulsinelli, P. D. Biochemistry 1983, 22, 2914-2923.
105. Maxwell, J. C.; Caughey, W. S. Biochemistry 1976, 15, 388-396.
106. Hansen, P. A.; Moore, J. N.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. 1989, 131, 49-62.
107. Phillips, G. N., Jr.; Arduini, R. M.; Springer, B. A.; Sligar, S. G. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1990, 7, 358-365.
108. Egeberg, K. D.; Springer, B. A.; Martinis, S. A.; Sligar, S. G.; Morikis, D.; Champion, P. M. Biochemistry 1990, 29, 9783-9791.
109. Shimanouchi, T. Pure Appl. Chem. 1963, 7, 131-145.
110. Jones, L. H.; McDowell, R. S.; Goldblatt, M.; Swanson, B. I.J. Chem. Phys. 1972, 57, 2050-2064.
111. Adams, D. M.; Taylor, I. D. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 1982, 78, 1051-1064.
112. Ottesen, D. K.; Gray, H. B.; Jones, L. H.; Goldblatt, M. Inorg. Chem. 1973, 12, 1051-1061.
113. Adams, D. M.; Taylor, I. K. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 1982, 78, 1065-1090.
114. Guss, J. M.; Bartunik, H. D.; Freeman, H. C. Acta Crystallogr. 1992, B48, 790-811.
115. Peng, S.-M.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 8032-8036.
116. Yoshida, Z.; Sugimoto, H.; Ogoshi, H. Adv. Chem. Ser. 1980, No. 191, 307.
117. Chottard, G.; Schappacher, M.; Ricard, L.; Weiss, R. Inorg. Chem. 1984, 23, 4557-4561.
118. Schappacher, M.; Ricard, L.; Weiss, R.; Montiel-Monotoya, R.; Gonser, U.; Bill, E.; Trautwein, A. Inorg. Chim. Acta 1983, 78, L9-L12.
119. Scheldt, W. R.; Haller, K. J.; Fons, M.; Mashiko, T.; Reed, C. A. Biochemistry 1981, 20, 3653-3657.
120. Allen, F. H.; Davies, J. E.; Galloy, J. J.; Johnson, O.; Kennard, O.; Macrae, C. F.; Mitchell, E. M.; Mitchell, G. F.; Smith, J. M.; Watson, D. G. J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1991, 31, 187-204.