Enzymatic Mechanism of Fe-Only Hydrogenase: Density Functional Study on H-H Making/Breaking at the Diiron Cluster with Concerted Proton and Electron Transfers

Inorganic Chemistry

Volumn 43, Issue 3, 2004, Pages 923-930

  Zhou, Taijin ^a   Mo, Yirong ^a,b   Liu, Aimin ^a,c   Zhou, Zhaohui ^a   Tsai, K R ^a  

^a XIAMEN UNIVERSITY   (China)

^b WESTERN MICHIGAN UNIVERSITY   (United States)

^c UNIVERSITY OF MISSISSIPPI MEDICAL CENTER   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

FERROUS ION; HYDROGENASE;

ARTICLE; CATALYSIS; CLUSTER ANALYSIS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRON TRANSPORT; ENZYME ACTIVE SITE; ENZYME ANALYSIS; ENZYME MECHANISM; HYDROGEN BOND; PROTON TRANSPORT; SYNTHESIS; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

CATALYSIS; CLOSTRIDIUM; COMPUTATIONAL BIOLOGY; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; DESULFOVIBRIO; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; ELECTRON TRANSPORT; HYDROGEN BONDING; HYDROGENASE; IRON; IRON-SULFUR PROTEINS; MODELS, MOLECULAR; PROTONS; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP;

EID: 0842347863     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic0342301     Document Type: Article

References (76)

1. Cammack, R. Nature 1999, 397, 214.
2. Collman, J. P. Nat. Struct. Biol. 1996, 3, 213.
3. Holm, R. H.; Kennepohl, P.; Solomon, E. I. Chem. Rev. 1996, 96, 2239.
4. Thauer, R. K.; Klein, A. R.; Hartmann, G. C. Chem. Rev. 1996, 96, 3031.
5. Albracht, S. P. J. Biochim. Biophys. Acta 1994, 1118, 167.
6. Frey, M. ChemBioChem 2002, 3, 153.
7. Volbeda, A.; Charon, M.-H.; Plras, C.; Hatchiklan, E. C.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. Nature 1995, 373, 580.
8. 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.
9. Frey, M. Struct. Bonding 1998, 90, 97.
10. Lenz, O.; Friedrich, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 98, 12474.
11. Cammack, R., Reedijk, J., Ed. Bioinorganic Catalysis; Marcel Dekker: New York, 1993; pp 189-225.
12. Sellmann, D.; Geipel, F.; Moll, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 561.
13. Bertrand, P.; Dole, F.; Asso, M.; Guigliarelli, B. J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 5, 682.
14. Fong, T. P.; Forde, C. E.; Lough, A. J.; Morris, R. H.; Rigo, P.; Rocchini, E.; Stephan, T. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1999, 4475.
15. Peters, J. W.; Lanzilotta, W. N.; Lemon, B. J.; Seefeldt, L. C. Science 1998, 282, 1853 (Errata: 2002, 283, 35).
16. Peters, J. W. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 6, 670.
17. Nicolet, Y.; Piras, C.; Legrand, P.; Hatchikian, E. C.; Fontecilla-Camps, J. C. Struct. Fold Des. 1999, 7, 13.
18. Nicolet, Y.; Lemon, B. J.; Fontecilla-Camps, J. C.; Peters, J. W. TIBS 2000, 25, 138.
19. Nicolet, Y.; Lacey, A. L.; Vernede, X. M.; Fernandez, V. M.; Hatchikian, E. C.; Fontecilla-Camps, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1596.
20. Pierik, A. J.; Hagen, W. R.; Redeker, J. S.; Wolbert, R. B. G.; Boersma, M.; Verhagen, M. F. J. M.; Grande, H. J.; Veeger, C.; Mutsaers, P. H. A.; Sand, R. H.; Dunham, W. R. Eur. J. Biochem. 1992, 209, 63.
21. Niu, S.; Thomson, L. M.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4000.
22. Cao, Z.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3734.
23. Fan, H.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3828.
24. Nicolet, Y.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C. J. Inorg. Biochem. 2002, 91, 1.
25. Pavlov, M.; Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 548.
26. Adams, M. W. W. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1020, 115.
27. Adams, M. W. W.; Stiefel, E. I. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000, 4, 214.
28. Popescu, C. V.; Munck, E. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7877.
29. Pereira, A. S.; Tavares, P.; Moura, I.; Moura, J. G.; Huynh, B. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2771.
30. Liu, Z. P.; Hu, P. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5175.
31. (a) Razavet, M.; Borg, S. J.; George, S. J.; Best, S. P.; Fairhurst, S. A.; Pickett, C. J. Chem. Commun. 2002, 700.
32. (b) George, S. J.; Cui, Z.; Razavet, M.; Pickett, C. J. Chem.-Eur. J. 2002, 8, 4037.
33. Yang, X.; Razavet, M.; Wang, X. B.; Pickett, C. J.; Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4612.
34. Erica, J. L.; Georgakaki, I. P.; Reibenspies, J. H.; Darensbourg, M. Y. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3178.
35. Alban, L. C.; Stephen, P. B.; Stacey, B.; Sian, C. D.; David, J. E.; David, L. H.; Christopher, J. P. Chem. Commun. 1999, 2285.
36. Kaasjager, V. E.; Henderson, R. K.; Bouwman, E.; Lutz, M.; Spek, A. L.; Reedijk, J. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 1668.
37. Liaw, W. F.; Lee, N. H.; Chen, C. H.; Lee, C. M.; Lee, G. H.; Peng, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 488.
38. Schmidt, M.; Contakes, S. M.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9736.
39. Darensbourg, M. Y.; Lyon, E. J.; Smee, J. J. Coord. Chem. Rev. 2000, 206, 533.
40. Lawrence, J. D.; Li, H.; Rauchfuss, T. B. Chem. Commun. 2001, 1482.
41. Lyon, E. J.; Georgakaki, I. P.; Reibenspies, J. H.; Darensbourg, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3268.
42. Gloaguen, F.; Lawrence, J. D.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9476.
43. (a) Zhao, X.; Georgakaki, I. P.; Miller, M. L.; Yarbrough, J. C.; Darcensbourg, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9710.
44. (b) Zhao, X.; Georgakaki, I. P.; Miller, M. L.; Mejia-Rodriguez, R.; Chiang, C. Y.; Darcensbourg, M. Y. Inorg. Chem. 2002, 41, 3917.
45. (c) Zhao, X.; Chiang, C. Y.; Miller, M. L.; Rampersad, M. V.; Darcensbourg, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 518.
46. Nehring, J. L.; Heinekey, D. M. Inorg. Chem. 2003, 42, 4288.
47. Gloaguen, F.; Lawrence, J. D.; Rauchfuss, T. B.; Benard, M.; Rohmer, M.-M. Inorg. Chem. 2002, 41, 6573.
48. Arabi, X. S.; Matheu, R.; Poilblanc, R. J. J. Organomet. Chem. 1979, 177, 199.
49. Lawrence, J. D.; Li, H.; Rauchfuss, T. B.; Benard, M.; Rohmer, M.-M. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 1768.
50. Li, H.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 124, 726.
51. Curtis, C. J.; Miedaner, A.; Ciancanelli, R.; Ellis, W. W.; Noll, B. C.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Inorg. Chem. 2003, 42, 216.
52. Gloaguen, F.; Lawrence, J. D.; Schmidt, M.; Wilson, S. R.; Thomas, B.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12518.
53. Georgakaki, I. P.; Thomson, L. M.; Lyon, E. J.; Hall, M. B.; Darensbourg, M. Y. Coord. Chem. Rev. 2003, 238, 255.
54. Lawrence, J. D.; Rauchfuss, T. B.; Wilson, S. R. Inorg. Chem. 2002, 41, 6193.
55. Lawrence, J. D.; Rauchfuss, T. B.; Wilson, S. R. Inorg. Chem. 2002, 41, 6193.
56. Darensbourg, M. Y.; Lyon, E. J.; Zhao, X.; Georgakaki, I. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3683.
57. Dole, F.; Fournel, A.; Magro, V.; Hatchikian, E. C.; Bertrand, P.; Guigliarelli, B. Biochemistry 1997, 36, 7847.
58. Niu, S. Q.; Hall, M. B. Chem. Rev. 2000, 100, 353.
59. Frenking, G.; Frohlich, N. Chem. Rev. 2000, 100, 717.
60. Pavlov, M.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. Int. J. Quantum Chem. 1999, 73, 197.
61. Li, S.; Hall, M. B. Inorg. Chem. 2001, 40, 18.
62. Siegbahn, P. E. M.; Eriksson, L.; Himo, F.; Pavlov, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10622.
63. Siegbahn, P. E. M.; Margareta, R. A.; Blomberg, M. R. A.; Crabtree, P. R. H. J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 460.
64. De Gioia, L.; Fantucci, P.; Guigliarelli, B.; Bertrand, P. Int. J. Quantum Chem. 1999, 73, 187.
65. De Gioia, L.; Fantucci, P.; Guigliarelli, B.; Bertrand, P. Inorg. Chem. 1999, 38, 2658.
66. (a) Bruschi, M.; Fantucci, P.; Gioia, L. Inorg. Chem. 2002, 41, 1421.
67. (b) Bruschi, M.; Fantucci, P.; Gioia, L. Inorg. Chem. 2003, 42, 4773.
68. (a) Delley, B. J. Chem. Phys. 1990, 92, 508.
69. (b) Delley, B. In Density Functional Theory: A Tool for Chemistry: Seminario, J. M., Politzer, P., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 1995.
70. Halgren, T. A.; Lipscomb, W. N. Chem. Phys. Lett. 1977, 49, 225.
71. 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.; 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 98, A.3 ed.; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1999.
72. Bau, R.; Teller, R. G.; Kirtley, S. W.; Koetzle, T. F. Acc. Chem. Res. 1979, 12, 176.
73. Kubas, G. J. Acc. Chem. Res. 1988, 21, 120.
74. Scuseria, G. E. Nature 1993, 366, 512.
75. Marx, D.; Parrinello, M. Nature 1995, 375, 216.
76. Zhou, T.; Liu, A.; Mo, Y.; Zhang, H. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4505.