Resonance Raman investigation of the specific sensing mechanism of a target molecule by gas sensory proteins

Inorganic Chemistry

Volumn 44, Issue 4, 2005, Pages 758-769

  Ohta, Takehiro ^a   Kitagawa, Teizo ^a  

^a NATIONAL INSTITUTES OF NATURAL SCIENCES   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON MONOXIDE; GAS SENSORY PROTEIN; HEME; HEMOPROTEIN; LIGAND; METAL; MUTANT PROTEIN; NITRIC OXIDE; OXYGEN; UNCLASSIFIED DRUG;

BIOSENSOR; CHEMICAL STRUCTURE; DNA BINDING; GAS; PROTEIN CONFORMATION; PROTEIN METABOLISM; PROTEIN PROTEIN INTERACTION; PROTEIN TARGETING; RAMAN SPECTROMETRY; REVIEW; SIGNAL TRANSDUCTION; VIBRATION;

BIOSENSING TECHNIQUES; CARBON DIOXIDE; CARBON MONOXIDE; CATALYSIS; DNA; ELECTRON TRANSPORT; GASES; HEME; HEMEPROTEINS; LIGANDS; MOLECULAR STRUCTURE; MUTATION; NITRIC OXIDE; OXYGEN; PROTEIN BINDING; PROTEIN CONFORMATION; SPECTRUM ANALYSIS, RAMAN;

EID: 13844256179     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic0486318     Document Type: Review

References (93)

1. Rodgers, K. R. Curr. Opin. Chem. Biol. 1999, 3, 158-167.
2. Chan, M. K. Curr. Opin. Chem. Biol. 2001, 5, 216-222.
3. Jain, R.; Chan, M. K. J. Biol. Inorg. Chem. 2003, 8, 1-11.
4. Spiro, T. G.; Jarzecki, A. A. Curr. Opin. Chem. Biol. 2001, 5, 715-723.
5. Harvery, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12401-12402.
6. Franzen, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 16754-16759.
7. Jensen, K. P.; Ryde, U. J. Biol. Chem. 2004, 279, 14561-14569.
8. Gilles-Gonzalez, M. A.; Ditta, G. S.; Helinski, D. R. Nature 1991, 350, 170-172.
9. Gilles-Gonzalez, M. A.; Gonzalez, G.; Perutz, M. F. Biochemistry 1995, 34, 232-236.
10. Rodgers, K. R.; Lukat-Rodgers, G. S.; Barron, J. A. Biochemistry 1996, 35, 9539-9548.
11. Lukat-Rodgers, G. S.; Rodgers, K. R. Biochemistry 1997, 36, 4178-4187.
12. Gong, W.; Hao, B.; Mansy, S. S.; Gonzalez, G.; Gilles-Gonzalez, M. A.; Chan, M. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 15177-15182.
13. Miyatake, H.; Mukai, M.; Adachi, S.; Nakamura, H.; Tamura, K.; Iizuka, T.; Shiro, Y.; Strage, R. W.; Hasnain, S. S. J. Biol. Chem. 1999, 274, 23176-23184.
14. Rodgers, K. R.; Lukat-Rodgers, G. S.; Tang, L. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11241-11242.
15. Rodgers, K. R.; Lukat-Rodgers, G. S.; Tang, L. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 642-654.
16. Gong, W.; Hao, B.; Chan, M. K. Biochemistry 2000, 39, 3955-3962.
17. Miyatake, H.; Mukai, M.; Park, S.-Y.; Adachi, S.; Tamura, K.; Nakamura, H.; Nakamura, K.; Tsuchiya, T.; Iizuka, T.; Shiro, Y. J. Mol. Biol. 2000, 301, 415-431.
18. Mukai, M.; Nakamura, K.; Nakamura, H.; Iizuka, T.; Shiro, Y. Biochemistry 2000, 39, 13810-13816.
19. Hao, B.; Isaza, C.; Arndt, J.; Soltis, M.; Chan, M. K. Biochemistry 2002, 41, 12952-12958.
20. Tomita, T.; Gonzalez, G.; Chang, A. L.; Ikeda-Saito, M.; Gilles-Gonzalez, M. A. Biochemistry 2002, 41, 4819-4826.
21. Delgado-Nixon, V. M.; Gonzalez, G.; Gilles-Gonzalez, M. A. Biochemistry 2000, 39, 2685-2691.
22. Sasakura, Y.; Hirata, S.; Sugiyama, S.; Suzuki, S.; Taguchi, S.; Watanabe, M.; Matsui, T.; Sagami, I.; Shimizu, T. J. Biol. Chem. 2002, 277, 23821-23827.
23. Sato, A.; Sasakura, Y.; Sugiyama, S.; Sagami, I.; Shimizu, T.; Mizutani, Y.; Kitagawa, T. J. Biol. Chem. 2002, 277, 32650-32658.
24. Gonzalez, G.; Dioum, E. M.; Bertolucci, C. M.; Tomita, T.; Ikeda-Saito, M.; Cheesman, M. R.; Watmough, N. J.; Gilles-Gonzalez, M. A. Biochemistry 2002, 41, 8414-8421.
25. Park, H.; Suquet, C.; Satterlee, J. D.; Kang, C. Biocheimstry 2004, 43, 2738-2746.
26. Shelver, D.; Kerby, R. L.; He, Y.; Roberts, G. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 11216-11220.
27. Aono, S. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 825-831.
28. Dioum, E. M.; Rutter, J.; Tuckerman, J. R.; Gonzalez, G.; Gilles-Gonzalez, M.-A.; McKnight, S. L. Science 2002, 298, 2385-2387.
29. Uchida, T.; Sato, E.; Sato, A.; Sagami, I.; Shimizu, T.; Kitagawa, T. J. Biol. Chem. To be published.
30. Hou, S.; Larsen, R. W.; Boudko, D.; Riley, C. W.; Karatan, E.; Zimmer, M.; Ordal, G. W.; Alam, M. Nature 2000, 403, 540-544.
31. Hou, S.; Freitas, T.; Larsen, R. W.; Piatibratov, M.; Sivozhelezov, V.; Yamamoto, A.; Meleshkevitch, E. A.; Zimmer, M.; Ordal, G. W.; Alam, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 9353-9358.
32. Aono, S.; Kato, T.; Matsuki, M.; Nakajima, H.; Ohta, T.; Uchida, T.; Kitagawa, T. J. Biol. Chem. 2002, 277, 13528-13538.
33. Aono, S.; Nakajima, H.; Ohta, T.; Kitagawa, T. Methods Enzymol. 2004, 381, 618-628.
34. Ohta, T.; Yoshimura, H.; Yoshioka, S.; Aono, S.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15000-15001.
35. Wedel, B.; Humbert, P.; Harteneck, C.; Foerster, J.; Malkewitz, J.; Bohme, E.; Schultz, G.; Koesling, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 2592-2596.
36. Ballou, D. P.; Zhao, Y.; Brandish, P. E.; Marletta, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12097-12101.
37. Makino, R.; Obayashi, E.; Homma, N.; Shiro, Y.; Hori, H. J. Biol. Chem. 2003, 278, 11130-11137.
38. Pal, B.; Li, Z.; Ohta, T.; Takenaka, S.; Tsuyama, S.; Kitagawa, T. J. Inorg. Biochem. 2004, 98, 824-832.
39. Pal, B.; Kitagawa T. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 267-279.
40. Li, Z.; Pal, B.; Takenaka, S.; Tsuyama, S.; Kitagawa, T. Biochemistry 2005, 44, 939-946.
41. Chen, J. J.; London, I. M. Trends Biochem. Sci. 1995, 20, 105-108.
42. Igarashi, J.; Sato, A.; Kitagawa, T.; Yoshimura, T.; Yamauchi, S.; Sagami, I.; Shimizu, T. J. Biol. Chem. 2004, 279, 15752-15762.
43. Gray, J. M.; Karow, D. S.; Lu, H.; Chang, A. J.; Chang, J. S.; Ellis, R. E.; Marletta, M. A.; Bargmann, C. I. Nature 2004, 430, 317-322.
44. Karow, D. S.; Pan, D.; Tran, R.; Pellicena, P.; Presley, A.; Mathies, R. A.; Marletta, M. A. Biochemistry 2004, 43, 10203-10211.
45. Pellicena, P.; Karow, D. S.; Boon, E. M.; Marletta, M. A.; Kuriyan, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 12854-12859.
46. Perutz, M. F. Nature 1970, 228, 726-734.
47. Voet, D.; Voet, J. G. Biochemistry; John Wiley & Sons: 1990.
48. Spiro, T. G., Ed. Biological Applications of Raman Spectroscopy; Wiley: New York; 1988; Vol. III.
49. Hu, S.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12638-12646.
50. Kitagawa, T. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley-Interscience: New York, 1988; Vol. 3, pp 97-130.
51. Yu, N.-T.; Kerr, E. A. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley-Interscience; New York, 1988; Vol. 3, pp 39-95.
52. Wilson, E. B., Jr.; Decius, J. C.; Cross, P. C. Molecular Vibrations-The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra; Dover Publications: New York, 1980.
53. Czernuszewicz, R. S.; Spiro, T. G. In Inorganic Electronic Structure And Spectroscopy; Solomon, E. I., Lever, A. B. P., Eds.; Wiley-Interscience: New York, 1999; Vol. 1, pp 353-441.
54. Spiro, T. G.; Kozlowski, P. M. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 137-144.
55. Phillips, G. N., Jr.; Teodoro, M. L.; Li, T.; Smith, B.; Olson, J. S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8817-8829.
56. Vogel, K. M.; Kozlowski, P. M.; Zgierski, M. Z.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9915-9921.
57. Ghosh, A.; Bocian, D. F. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6363-6367.
58. Tsuboi, M. Indian J. Pure Appl. Phys. 1988, 26, 188-191.
59. Hirota, S.; Ogura, T.; Shinzawa-Itoh, K.; Yoshikawa, S.; Nagai, M.; Kitagawa, T. J. Phys. Chem. 1994, 98, 6652-6660.
60. Hirota, S.; Ogura, T.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 821-822.
61. Ray, G. B.; Li, X.-Y.; Ibers, J. A.; Sessler, J. L.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 162-176.
62. Hu, S.; Vogel, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11187-11188.
63. Hoffman, R.; Chen, M. M. L.; Thorn, D. L. Inorg. Chem. 1977, 16, 503-511.
64. Tomita, T.; Hirota, S.; Ogura, T.; Olson, J. S.; Kitagawa, T. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7044-7054.
65. Park, E. S.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5800-5806.
66. Coyle, C. M.; Vogel, K. M.; Rush, T. S. III, Kozlowski, P. M.; Williams, R.; Spiro, T. G.; Dou, Y.; Ikeda-Saito, M.; Olson, J. S.; Zgierski, M. Z. Biochemistry 2003, 42, 4896-4903.
67. Schelvis, J. P. M.; Seibold, S. A.; Cerda, J. F.; Garavito, R. M.; Babcock, G. T. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10844-10850.
68. Rovira, C.; Kunc, K.; Hutter, J.; Ballone, P.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8914-8925.
69. Marti, M. A.; Scherlis, D. A.; Doctorovich, F. A.; Ordejon, P.; Estrin, D. A. J. Biol. Inorg. Chem. 2003, 8, 595-600.
70. Tomita, T.; Haruta, N.; Aki, M.; Kitagawa, T.; Ikeda-Saito, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2666-2667.
71. Linder, D. P.; Rodgers, K. R.; Banister, J.; Wyllie, G. R. A.; Ellison, M. K.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14136-14148.
72. Tsubaki, M.; Yu, N. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1981, 78, 3581-3585.
73. Kitagawa, T.; Ondrias, M. R.; Rousseau, D. L.; Ikeda-Saito, M.; Yonetani, T. Nature 1982, 298, 869-871.
74. Bajdor, K.; Kincaid, J. R.; Nakamoto, K. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 7741-7747.
75. Bruha, A.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6006-6014.
76. Proniewicz, L. M.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 675-681.
77. Proniewicz, L. M.; Kincaid, J. R. Coord. Chem. Rev. 1997, 161, 81-127.
78. Das, T. K.; Couture, M.; Ouellet, Y.; Guertin, M.; Rousseau, D. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 479-484.
79. Hirota, S.; Ogura, T.; Appelman, E. H.; Shinzawa-Itoh, K.; Yoshikawa, S.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 10564-10570.
80. Macdonald, I. D. G.; Sligar, S. G.; Christian, J. F.; Unno, M.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 376-380.
81. Hirota, S.; Li, T.; Phillips, G. N., Jr.; Olson, J. S.; Mukai, M.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7845-7846.
82. Kasting, J. F. Science 1993, 259, 920-926.
83. Yeh, S.-R.; Couture, M.; Ouellet, Y.; Guertin, M.; Rousseau, D. L. J. Biol. Chem. 2000, 275, 1679-1684.
84. Zhang, W.; Phillips, G. N., Jr. Structure 2003, 11, 1097-1110.
85. Morikis, D.; Champion, P. M.; Springer, B. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1989, 28, 4791-4800.
86. For detail on the relative energies of hydrogen and deuterium bonds due to differences in zero-point vibrational energy discussed in terms of a quantum chemical calculation at the SCF and correlated MP2 levels, see: Scheiner, S.; Cuma, M. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 1511-1521.
87. Weiss, J. J. Nature 1964, 202, 83-84.
88. Momenteau, M.; Reed, C. A. Chem. Rev. 1994, 94, 659-698.
89. Prendergast, K.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3793-3801.
90. Desbois, A.; Momenteau, M.; Lutz, M. Inorg. Chem. 1989, 28, 825-834.
91. Picaud, T.; Moigne, C. L.; Loock, B.; Momenteau, M.; Desbois, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11616-11625.
92. Olson, J. S.; Phillips, G. N. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 544-552.
93. Fe-O2 region is significantly different from that of WT.