The electronic structure of Cu(A): A novel mixed-valence dinuclear copper electron-transfer center

Journal of the American Chemical Society

Volumn 118, Issue 46, 1996, Pages 11501-11514

  Farrar, J A ^a   Neese, F ^b   Lappalainen, P ^c   Kroneck, P M H ^b   Saraste, M ^c   Zumft, W G ^d   Thomson, A J ^a  

^a UNIVERSITY OF EAST ANGLIA   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF KONSTANZ   (Germany)

^c EUROPEAN MOLECULAR BIOLOGY LABORATORY   (Germany)

^d UNIVERSITY OF KARLSRUHE   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COPPER COMPLEX; CYTOCHROME C OXIDASE; OXIDOREDUCTASE;

ARTICLE; CIRCULAR DICHROISM; ELECTRON SPIN RESONANCE; ELECTRON TRANSPORT; ENZYME STRUCTURE; PARACOCCUS DENITRIFICANS; PSEUDOMONAS;

EID: 0029862757     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja9618715     Document Type: Article

References (110)

1. Beinert, H.; Griffiths, D. E.; Wharton, D. C.; Sands, R. H. J. Biol. Chem. 1962, 237, 2337-2346.
2. Mims, W. B.; Peisach, J.; Shaw, R. W.; Beinert, H. E. J. Biol. Chem. 1980, 255, 6843-6846.
3. Greenwood, C.; Hill, B. C.; Barber, D.; Eglinton, D. G.; Thomson, A. J. Biochem. J. 1983, 215, 303-316.
4. Scott, R. A.; Zumft, W. G.; Coyle, C. L.; Dooley, D. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 4082-4086.
5. Gurbiel, R. J.; Fann, Y.-C.; Surerus, K. K.; Werst, M. M.; Musser, S. M.; Doan, P. E.; Chan, S. I.; Fee, J. A.; Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10888-10894.
6. Blumberg, W. E.; Peisach, J. Biochim. Biophys. Acta 1966, 126, 269-273.
7. Dooley, D. M.; McGuitl, M. A.; Rosenzweig, A. C.; Landin, J. A.; Scott, R. A.; Zumft, W. G.; Devlin, F.; Stephens, P. J. Inorg. Chem. 1991, 30, 3006-3011.
8. Gewirth, A. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3811-3819.
9. Peisach, J.; Levine, W. G.; Blumberg, W. E. J. Biol. Chem. 1967, 242, 2847-2855.
10. Tullius, T.; Frank, P.; Hodgson. K. O. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1978, 75, 4069-4073.
11. Roberts, J. E.; Cline, J. F.; Lum, V.; Freeman, H.; Gray, H. B.; Peisach, J.; Reinhammer, B.; Hoffman, B. M. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5324-5330.
12. Coremans, J. W. A.; van Gastel, M.; Poluektov, O. G.; Groenen, E. J. J.; den Blaauwen, T.; van Pouderoyen, G.; Canters, G. W.; Nar, H.; Hammann, C.; Messerschmidt, A. Chem. Phys. Lett. 1995, 235, 202-210.
13. Peisach, J.; Blumberg, W. E. Arch. Biochem. Biophys. 1974, 165, 691-708.
14. Thomson, A. J.; Greenwood, C.; Peterson, J.; Barrett, C. P. J. Inorg. Biochem. 1986, 28, 195-205.
15. Farrar, J. A.; Thomson, A. J.; Cheesman, M. R.; Dooley, D. M.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1991, 294, 11-15.
16. Farrar, J. A.; Formicka, G.; Zeppezauer, M.; Thomson, A. J. Biochem. J. 1996, 317, 447-456.
17. Riester, J.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Eur. J. Biochem. 1989, 178, 751-762.
18. Coyle, C. L.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H.; Körner, H.; Jakob, W. Eur. J. Biochem. 1985, 153, 459-467.
19. Antholine, W. E.; Kastrau, D. H. W.; Steffens, G. C. M.; Buse, G.; Zumft, W. G.; Kroneck, P. M. H. Eur. J. Biochem. 1992, 209, 875-881.
20. Neese, F.; Zumft, W. G.; Antholine, W. E.; Kroneck, P. M. H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8692-8699.
21. Kroneck, P. M. H.; Antholine, W. A.; Riester, J.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1988, 242, 70-74.
22. Kroneck, P. M. H.; Antholine, W. E.; Kastrau, D. H. W.; Buse, G.; Steffens, G. C. M.; Zumft, W. G. FEBS Lett. 1990, 268, 274-276.
23. Robin, M. B.; Day, P. Adv. Inorg. Chem. Radiochem. 1967, 10, 247-422.
24. Saraste, M. Q. Rev. Biophys. 1990, 23, 331-366.
25. Holm, L.; Saraste, M.; Wikström, M. EMBO J. 1987, 6, 2819-2823.
26. Zumft, W. G.; Dreusch, A.; Löchelt, S.; Cuypers, H.; Friedrich, B.; Schneider, B. Eur. J. Biochem. 1992, 208, 31-40.
27. Anderson, S.; de Bruijn, M. H. L.; Coulson, A. R.; Eperon, I. C.; Sanger, F.; Young, I. G. J. Mol. Biol. 1982, 156, 683-717.
28. Chepuri, V.; Lemieux, L.; Au, D. C-T.; Gennis, R. B. J. Biol. Chem. 1990, 265, 11185-11192.
29. Wilmanns, M.; Lappalainen, P.; Kelly, M.; Sauer-Eriksson, E.; Saraste, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995. 92, 11955-11959.
30. Dennison, C.; Vijgenboom, E.; de Vries, S.; van der Oost, J.; Canters, G. W. FEBS Lett. 1995, 365, 92-94.
31. Adman, E. T. Adv. Protein Chem. 1991, 42, 145-197.
32. Viebrock, A.; Zumft, W. G. J. Bacteriol. 1988, 170, 4658-4668.
33. Zumft, W. G.; Dreusch, A. In Nitrogen Fixation: Fundamentals and Applications; Tikhonovich, I. A., Provorov, N. A., Romanov, V. I., Newton, W. E., Eds.; Kluwer: Dordrecht, The Netherlands, 1995.
34. Lappalainen, P.; Aasa, R.; Malmström, B. G.; Saraste, M. J. Biol. Chem. 1993, 268, 26416-26421.
35. von Wachenfeldt, C.; de Vries, S.; van der Oost, J. FEBS Lett. 1994, 340, 109-113.
36. Lappalainen, P. Biological Research Reports; Univ. of Jyväskylä: Jyväskylä, 1995; Vol. 44.
37. Hay, M.; Richards, J. H.; Lu, V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 461-464.
38. van der Oost, J.; Lappalainen, P.; Musacchio, A.; Warne, A.; Lemieux, L.; Rumbley, J.; Gennis, R. B.; Aasa, R.; Pascher, T.; Malmström, B. G.; Saraste, M. EMBO J. 1992, 11, 3209-3217.
39. Kelly, M.; Lappalainen, P.; Talbo, G.; Haltia, T.; van der Oost, J.; Saraste, M. J. Biol. Chem. 1993, 268, 16781-16787.
40. Tsukihara, T.; Aoyama, H.; Yamashita, E.; Tomizaki, T.; Yamaguchi, H.; Shinzawa-Itoh, K.; Nakashima, R.; Yaono, R.; Yoshikawa, S. Science 1995, 269, 1069-1074.
41. Iwata, S.; Ostermeier, C.; Ludwig, B.; Michel, H. Nature 1995, 376, 660-669.
42. van der Oost, J.; Musacchio, A.; Pauptit, R. A.; Ceska, T. A.; Wierenga, R. K.; Saraste, M. J. Mol. Biol. 1993, 229, 794-796.
43. Farrar, J. A.; Lappalainen, P.; Zumft, W. G.; Saraste, M.; Thomson, A. J. Eur. J. Biochem. 1995, 232, 294-303.
44. Broman, L.; Malmström, B. G.; Aasa, R.; Vänngård, T. J. Mol. Biol. 1962, 5, 301-310.
45. Laemmli, U. K. Nature 1970, 227, 680-685.
46. Zumft, W. G.; Viebrock-Sambale, A.; Braun, C. Eur. J. Biochem. 1990, 192, 591-599.
47. Lowry, O. H.; Rosebourgh, N. J.; Farr, A. L.; Randall, R. J. J. Biol. Chem. 1951, 193, 265-275.
48. Thomson, A. J.; Cheesman, M. R.; George, S. J. Methods Enzymol. 1993, 226, 199-231.
49. Piepho, S. B.; Schatz, P. N. Group Theory in Spectroscopy with Applications to Magnetic Circular Dichroism; Wiley-Interscience: New York, 1983.
50. Aasa, R.; Vänngård, T. J. Magn. Reson. 1975, 19, 308-315.
51. Kuhn, W. Trans. Faraday Soc. 1930, 26, 293-308.
52. Neese, F. QCPE 1995, 15, 5.
53. Zerner, M. C.; Loew, G. H.; Kirchner, R. F.; Mueller-Westerhoff, U. T. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 589-599.
54. Zerner, M. C. In Reviews in Computational Chemistry; Lipkowitz, K. B., Boyd, D. B., Eds.; VCH: Weinberg, Germany, 1990; pp 313-359.
55. Kappl, R.; Neese, F.; Zumft, W. G.; Hüttermann, J.; Kroneck, P. M. H. Manuscript in preparation.
56. Avery, J. B. The Quantum Theory of Atoms, Molecules and Photons; McGraw-Hill: London, 1972.
57. Shadle, S. E.; Penner-Hahn, J. E.; Schugar, H. J.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 767-776.
58. Greenwood, C.; Thomson, A. J.; Barrett, C. P.; Peterson, J.; George, G. N.; Fee, J. A.; Reichardt, J. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1988, 550, 47-52.
59. Slutter, C. E.; Sanders, D.; Wittung, P.; Malmström, B. G.; Aasa, R.; Richards, J. H.; Gray, H. B.; Fee, J. A. Biochemistry 1996, 35, 3387-3395.
60. Farrar, J. A.; Lappalainen, P.; Saraste, M.; Thomson, A. J. Unpublished data.
61. Blasie, J. K.; Erecinska, M.; Samuels, S.; Leigh, J. S. Biochim. Biophys. Acta 1978, 501, 33-52.
62. George, G. N. Personal communication.
63. George, G. N.; Cramer, S. P.; Frey, T. G.; Prince, R. G. Biochim. Biophys. Acta 1993, 1142, 204-252.
64. Blackburn, N. J.; Barr, M. E.; Woodruff, W. H.; van der Oost, J.; de Vries, S. Biochemistry 1994, 33, 10401-10407.
65. Bingham, S. J. Ph.D. Thesis, University of East Anglia, Norwich, U.K., 1993.
66. Salahub, D. R.; Zerner, M. C. In The Challenge of d and f Electrons: Theory and Computation; Salahub, D. R., Zerner, M. C., Eds.; ACS Symposium Series 394; American Chemical Society: Washington, DC, 1989; pp 1-16.
67. Salahub, D. R.; Zerner, M. C. In The Challenge of d and f Electrons: Theory and Computation; Salahub, D. R., Zerner, M. C., Eds.; ACS Symposium Series 394; American Chemical Society: Washington, DC, 1989; pp 1-16.
68. Guckert, J. A.; Lowery, M. D.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2817-2844.
69. Solomon, E. I.; Penfield, K. W.; Wilcox, D. E. Struct. Bonding 1983, 53, 1-57.
70. Solomon, E. I.; Baldwin, M. J.; Lowery, M. D. Chem. Rev. 1992, 92, 521-542.
71. Solomon, E. I.; Lowery, M. D. Science 1993, 259, 1575-1581.
72. Solomon, E. I.; Lowery, M. D. In The Chemistry of Copper and Zinc Triads; Welch, A. J., Chapman, S. K., Eds.; The Royal Society of Chemistry: Cambridge, England, 1993; pp 12-29.
73. Solomon, E. I.; Hemming, B. L.; Root, D. E. In Bioinorganic Chemistry of Copper, Karlin, K. D., Tyeklar, Z., Eds.; Chapman & Hall: New York, 1992; pp 3-20.
74. Solomon, E. I.; Gewirth, A. A.; Cohen, S. L. In Understanding Molecular Properties; Avery, J., Dahl, J. P., Hansen, A. E., Eds.; D. Reidel: Dordrecht, The Netherlands, 1987; pp 27-68.
75. Schugar, H. J. In Copper Coordination Chemistry: Biochemical and Inorganic Perspectives; Karlin, K. D., Zubieta, J., Eds.; Adenine Press: New York, 1982; pp 43-74.
76. Farrar, J. A.: McKee, V.; Al-Obaidi, A. H. R.; McGarvey, J. J.; Nelson, J.; Thomson, A. J. Inorg. Chem. 1995, 34, 1302-1303.
77. Andrew, C. R.; Han, J.; de Vries, S.; van der Oost, J.; Averill, B. A.; Loehr, T. M.; Sanders-Loehr, J. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 10805-10806.
78. Andrew, C. R.; Lappalainen, P.; Saraste, M.; Hay, M. T.; Lu, Y.; Dennison, C.; Canters, G. W.; Fee, J. A.; Slutter, C. E.; Nakamura, N.; Sanders-Loehr, J. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 10759-10760.
79. Bacon, A.; Zerner, M. C. Theor. Chim. Acta 1979, 53, 21-54.
80. Krogh-Jespersen, K.; Westbrook, J. D.; Potenza, J. A.; Schugar, H. J. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 7025-7031.
81. Krogh-Jespersen, K.; Zhang, X. E.; Westbrook, J. D.; Fikar, R.; Navak, K.; Kwik, W. L.; Potenza, J. A.; Schugar, H. J. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 4082-4091.
82. Krogh-Jespersen, K.; Zhang, X.; Ding, Y.; Westbrook, J. D.; Potenza, J. A.; Schugar, H. J. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 4345-4353.
83. Anderson, W. P.; Edwards, W. D.; Zerner, M. C. Inorg. Chem. 1986, 25, 2728-2732.
84. Edwards, W. D.; Weiner, B.; Zerner, M. C. J. Phys. Chem. 1988, 92, 6188-6197.
85. Edwards, W. D.; Weiner, B.; Zerner, M. C. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 2196-2204.
86. Edwards, W. D.; Zerner, M. C. Can. J. Chem. 1985, 63, 1763-1772.
87. Loew, G. H.; Herman, Z. S.; Zerner, M. C. Int. J. Quantum Chem. 1980, 18, 481.
88. Edwards, W. D.; Zerner, M. C. Int. J. Quantum Chem. 1983, 23, 1407-1432.
89. Cory, M. G.; Hirose, H.; Zerner, M. C. Inorg. Chem. 1995, 34, 2969-2979.
90. Kotzian, M.; Rosch, N.; Schroder, H.; Zerner, M. C. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 7687-7696.
91. Merz, K. M.; Hoffmann, R. Inorg. Chem. 1988, 27, 2120-2127.
92. Shin, Y. K.; Brunschwig, B. S.; Creutz, C.; Newton, M. D.; Sutin, N. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1104-1110.
93. Stavrev, K. K.; Zerner, M. C. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 8684-8685.
94. Gerstman, B. S.; Brill, A. S. J. Chem. Phys. 1985, 82, 1212-1230.
95. Landrum, G. A.; Ekberg, C. A.; Whittaker, J. W. Biophys. J. 1995, 69, 674-689.
96. Piepho, S. B.; Krausz, E. R.; Schatz, P. N. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 2996-3005.
97. Schatz, P. N. In Mixed Valence Compounds; Brown, R. D., Ed.; D. Reidel: Dordrecht, The Netherlands, 1980; pp 115-150.
98. Wong, K. Y.; Schatz, P. N.; Piepho, S. B. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 2793-2803.
99. Anderson, P. W.; Hasegawa, H. Phys. Rev. 1955, 100, 675-681.
100. Zhang, L. T.; Ko, J.; Ondrechen, M. J. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 1666-1671.
101. For a review, see: Blondin, G.; Giererd, J.-J. Chem. Rev. 1990, 90, 1359-1376.
102. Santum, S. F.; Noodleman, L.; Case, D. A. In The Challenge of d and f Electrons: Theory and Computation; Salahub, D. R., Zerner, M. C., Eds.; ACS Symposium Series 394; American Chemical Society: Washington, DC, 1989; pp 366-377.
103. Santum, S. F.; Noodleman, L.; Case, D. A. In The Challenge of d and f Electrons: Theory and Computation; Salahub, D. R., Zerner, M. C., Eds.; ACS Symposium Series 394; American Chemical Society: Washington, DC, 1989; pp 366-377.
104. Malmström, B. G. Q. Rev. Biophys. 1973, 6, 389-432.
105. Chadha, R. K.; Kumar, R.; Tuck, D. G. Can. J. Chem. 1987, 65, 1336-1342.
106. Stange, A.; Kaum, W. Z. Naturforsch., B: Chem. Sci. 1995, 50, 115.
107. Houser, R. P.; Young, V. G., Jr.; Tolman, W. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2101-2102.
108. Mehrotra, P. K.; Hoffmann, R. Inorg. Chem. 1978, 17, 2187-2189.
109. Larsson, L.; Källebring, B.; Wittung, P.; Malmström, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 7167-7171.
110. Lappalainen, P.; Watmough, N. J.; Greenwood, C.; Saraste, M. Biochemistry 1995, 34, 5824-5830.