The purple mixed-valence Cu(A) center in nitrous-oxide reductase: EPR of the copper-63-, copper-65-, and both copper-65- and [15N]histidine-enriched enzyme and a molecular orbital interpretation

Journal of the American Chemical Society

Volumn 118, Issue 36, 1996, Pages 8692-8699

  Neese, Frank ^a   Zumft, Walter G ^b   Antholine, William E ^c   Kroneck, Peter M H ^a  

^a UNIVERSITY OF KONSTANZ   (Germany)

^b UNIVERSITY OF KARLSRUHE   (Germany)

^c MEDICAL COLLEGE OF WISCONSIN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

NITROUS OXIDE REDUCTASE;

ARTICLE; ELECTRON SPIN RESONANCE; ENZYME ANALYSIS; THEORY;

EID: 0029798746     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja960125x     Document Type: Article

References (94)

1. (a) Zumft, W. G.; Kroneck, P. H. H. Denitrification in soil and sediment; Revsbech, N. P., Sörensen, J., Eds.; Plenum Press: New York, 1990; pp 37-55.
2. (b) Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Adv. Inorg. Biochem. 1996, 11, 1993.
3. Coyle, C. L.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H.; Körner, H.; Jakob, W. Eur. J. Biochem. 1985, 153, 459.
4. Riester, J.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Eur. J. Biochem. 1989, 178, 751.
5. Mims, W. B.; Peisach, J.; Shaw, R. W.; Beinert, H. J. Biol. Chem. 1980, 255, 6843.
6. Chan, S. I.; Li, P. M. Biochemistry 1990, 29, 1.
7. George, G. N.; Cramer, S. P.; Frey, T. G.; Prince, R. C. Biochem. Biophys. Acta 1993, 1142, 240.
8. Li, P. M.; Malmström, B. G.; Chan, S. I. FEBS Lett. 1989, 248, 210.
9. Kroneck, P. M. H.; Antholine, W. E.; Riester, J.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1989, 248, 212.
10. Malmström, B. G. Arch. Biochem. Biophys. 1990, 280, 233.
11. Palmer, G. J. Bioenerg. Biomembr. 1993, 25, 145.
12. Malmström, B. G.: Aasa, R. FEBS Lett. 1993, 325, 49.
13. (a) Iwata, S.; Ostermeier, C.; Ludwig, B.; Michel, H. Nature 1995, 376, 660.
14. (b) Wilmanns, M.; Lappalainen, P.; Kelly, M.; Sauer-Eriksson, E.; Saraste, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92, 11955.
15. Tsukihara, T.; Aoyama, H.; Yamashita, E.; Tomizaki, T.; Yamaguchi, H.; Shinzawa-Itoh, K.; Nakashima, R.; Yaono, R.; Yoshikawa, S. Science 1995, 269, 1069.
16. Malkin, R.; Malmström, B. G. Adv. Enzymol. 1970, 33, 177.
17. Antholine, W. E.; Kastrau, D. H. W.; Steffens, G. C. M.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Eur. J. Biochem. 1992, 209, 875.
18. Vänngård, T. Biological applications of electron spin resonance; Swartz, H. M., Bolton, J. R., Borg, D. C., Eds.; Wiley-Interscience: New York, London, Sidney, Toronto, 1972; pp 411-447.
19. Peisach, J.; Blumberg, W. E. Arch. Biochem. Biophys. 1974, 165, 691.
20. Dooley, D. A.; Moog, R. S.; Zumft, W. G. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6730.
21. (a) Kroneck, P. M. H.; Antholine, W. E.; Riester, J.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1988, 242, 70.
22. (b) Kroneck, P. M. H.; Antholine, W. E.; Kastrau, D. H. W.; Buse, G.; Steffens, G. C. M.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1990, 268, 274.
23. Jin, H.; Thomann, H.; Coyle, C. L.; Zumft, W. G. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 4262.
24. Scott, R. A.; Zumft, W. G.; Coyle, C. L.; Dooley, D. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 4082.
25. Farrar, J. A.; Thomson, A. J.; Cheesman, M. R.; Dooley, D. M.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1991, 294, 11.
26. Dooley, D. M.; McGuirl, M. A.; Rosenzweig, A. C.; Landin, J. A.; Scott, R. A.; Zumft, W. G.; Devlin, F.; Stephens, P. J. Inorg. Chem. 1991, 30, 3006.
27. Dooley, D. M.; Landin, A. C.; Rosenzweig, A. C.; Zumft, W. G.; Day, E. P. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8978.
28. Zumft, W. G.; Dreusch, A.; Löchelt, S.; Cuypers, H.; Friedrich, B.; Schneider, B. Eur. J. Biochem. 1992, 208, 31.
29. Kroneck, P. M.; H.; Riester, J.; Zumft, W. G.; Antholine, W. E. Biol. Met. 1990, 3, 103.
30. Van der Oost, J.; Lappalainen, P.; Musachio, A.; Warne, A.; Lemieux, L.; Rumbley, J.; Gennis, R. B.; Aasa, R.; Pascher, T.; Malmström, B. G.; Saraste, M. EMBO J. 1992, 11, 3209.
31. Steffens, G. C. M.; Soulimane, T.; Wolf, G.; Buse, G. Eur. J. Biochem. 1993, 213, 1149.
32. Kelly, M.; Lappalainen, P.; Talbo, G.; Haltia, T.; Van der Oost, J.; Saraste, M. J. Biol. Chem. 1993, 268, 16781.
33. Lappalainen, P.; Aasa, R.; Malmström, B. G.; Saraste, M. J. Biol. Chem. 1993, 268, 26416.
34. Von Wachenfeldt, C.; de Vries, S.; van der Oost, J. FEBS Lett. 1994, 340, 109.
35. Farrar, J. A.; Lappalainen, P.; Zumft, W. G.; Saraste, M.; Thomson, A. J. Eur. J. Biochem. 1995, 232, 294.
36. Beinert, H.; Griffith, D. E.; Wharton, D. C.; Sands, R. H. J. Biol. Chem. 1962, 237, 2337.
37. Kroneck, P. M. H.; Antholine, W. E.; Koteich, H.; Kastrau, D. H. W.; Neese, F.; Zumft, W. G. Bioinorganic Chemistry of Copper; Karlin, K. D., Tyeklár, Z., Eds.; Chapman & Hall: New York, 1993; pp 419-426.
38. Van de Bogart, M.; Beinert, H. Anal. Biochem. 1967, 20, 325.
39. Zumft, W. G.; Döhler, K.; Körner, H. J. Bacteriol. 1985, 163, 918.
40. Hyde, J. S.; Pasenkiewicz-Gierula, M.; Jesmanowicz, A.; Antholine, W. E. Appl. Magn. Reson. 1990, I, 483.
41. Neese, F. QCPE program no. QCMP 136.
42. -applications in biology and biochemistry; Hoff, A. J., Ed.; Elsevier: Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo, 1989; pp 785-811.
43. Pilbrow, J. R. Transition ion electron paramagnetic resonance; Oxford Science Publications: Oxford, 1990.
44. (a) Hoffmann, R. J. Chem. Phys. 1963, 39, 1397.
45. (b) Zerner, M. C.; Gouterman, M. Theor. Chim. Acta 1966, 4, 44.
46. (c) Duke, B. J. Theor. Chim. Acta 1968, 9, 260.
47. Keijzers, C. P.; DeBoer, E. Mol. Phys. 1974, 29, 1007.
48. (a) Bacon, A. D.; Zerner, M. C. Theor. Chim. Acta 1979, 53, 21.
49. (b) Zerner, M. C.; Loew, G. H.; Kirchner, R. F.; Mueller-Westerhoff, U. T. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 589.
50. (c) Anderson, W. P.; Edwards, W. D.; Zerner, M. C. Inorg. Chem. 1986, 25, 2728-2732.
51. Neese, F. Manuscript in preparation.
52. Wolfsberg, M.; Helmholtz, L. J. Chem. Phys. 1952, 20. 837.
53. (a) Longuett-Higgins, H. C.; Pople, J. A. Proc: Phys. Soc. 1955, 86A, 591
54. (b) Dewar, M. J.; Hashmall, J. A.; Venier, C. G. J. Am. Chem. Soc 1968, 90, 1953.
55. (a) Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833.
56. (b) 1841,
57. (c) 2338,
58. (d) 2343.
59. Lowery, M. D.; Solomon, E. I. Inorfg. Chim. Acta 1992, 198-200, 233.
60. Barr, M. E.; Smith, P. H.; Antholine, W. E.; Spencer, B. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993, 1649.
61. Kaim, W.; Moscherosch, M. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, 3185.
62. Martin, C. T.; Scholes, C. P.; Chan, S. I. J. Biol. Chem. 1988, 263, 8420.
63. Gurbiel, R. J.; Fann, Y. C.; Surerus, K. K.; Werst, M.; Musser, S. M.; Doan, P.; Chan, S. I.; Fee, J. A.; Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10888.
64. (a) Piepho, S. B.; Krausz, C.; Schatz, P. N. J. Am. Chem. Soc. 1978, 199, 2996.
65. (b) Wong, K. Y.; Schatz, P. N.; Piepho, S. B. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 2793.
66. (c) Schatz, P. N. Mixed Valence Compounds; Brown, D. B., Ed.; D. Reidel Publishing Company: Dordrecht, Boston, Oxford 1980; pp 115-150.
67. Westmoreland, T. D.; Wilcox, D. E.; Baldwin, M. J.; Mims, W. B.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 6106.
68. (a) Maki, A. H.; McGarvey, B. R. J. Chem. Phys. 1958, 29, 31,
69. (b) 35.
70. Gewirth, A. A.; Cohen, S. L.; Schugar, H. J.; Solomon, E. I. Inorg. Chem. 1987, 26, 1133.
71. Penfield, K. W.; Gewirth, A. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 4519.
72. Gewirth, A. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3811.
73. Solomon, E. I. The Chemistry of Copper and Zinc Triads; Welch, A. J., Chapman, S. K., Eds.; Royal Society of Chemistry, Thomas Graham House, Science Park: Cambridge, 1993; pp 12-29.
74. Sharnoff, M. J. Chem. Phys. 1965, 42, 3383.
75. Solomon, E. I.; Lowery, M. D. Science 1993, 259, 1575.
76. Stone, A. J. Proc. R. Soc. 1963, A271, 424.
77. (a) Hüttermann, J.; Kappl, R. Metal Ions in Biological Systems; Sigel, H., Ed.; Marcel Dekker Inc.: New York, Basel, 1987; Vol. 22, pp 1-80.
78. (b) Hüttermann, J. Biological Magnetic Resonance; Berliner. L. J., Reuben, J., Eds.; Plenum Press: New York, London, 1993; Vol. 13, pp 219-252.
79. Werst, M. M.; Davoust, C. E.; Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1533.
80. Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10888.
81. Penfield, K. W.; Gay, R. R.; Himmelwright, R. S.; Eickmann, N. C.; Norris, V. A.; Freeman, H. C.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc 1981, 103, 4382.
82. (a) Harding, C.; McKee, V.; Nelson, J. J. Am. Chem. Soc 1991, 113, 9684.
83. (b) McKee, V. Adv. Inorg. Chem. 1993, 40, 323;
84. (a) Hathaway, B. J.; Billing, D. E. Coord. Chem. Rev. 1970, 5, 143.
85. (b) Hathaway, B. J. Coord. Chem. Rev. 1983, 52, 87.
86. (c) Hitchman, M. A. Cumm. Inorg. Chem. 1994, 15, 197.
87. Blackburn, N. J.; Barr, M. E.; Woodruff, W. H.; van der Oost, J.; de Vries, S. Biochemistry 1994, 33, 10401.
88. Pfenninger, S.; Antholine, W. E.; Barr, M. E.; Hyde, J. S.; Kroneck, P. M. H.; Zumft, W. G. Biophys. J. 1995, 69, 2761.
89. Dreusch, A.; Zumft, W. G. Unpublished results.
90. Charnock, J.; Neese, F.; Garner, D.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Manuscript in preparation.
91. Kappl, R.; Neese, F.; Hüttermann, J.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Manuscript in preparation.
92. Shadle, S. E.; Penner-Hahn, J. E.; Schugar, H. J.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 767.
93. Larsson, S.; Källebring, B.; Wittung, P.; Malmström, B. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 7167.
94. Farrar, J. A.; Neese, F.; Grinter, R.; Lappalainen, P.; Kroneck, P. M. H.; Saraste, M.; Zumft, W. G.; Thomson, A. J. Submitted to J. Am. Chem. Soc.