Temperature-dependent studies of NO recombination to heme and heme proteins

Journal of the American Chemical Society

Volumn 127, Issue 48, 2005, Pages 16921-16934

  Ionascu, Dan ^a   Gruia, Flaviu ^a   Ye, Xiong ^a   Yu, Anchi ^a   Rosca, Florin ^a   Beck, Chris ^a   Demidov, Andrey ^a   Olson, John S ^b   Champion, Paul M ^a  

^a NORTHEASTERN UNIVERSITY   (United States)

^b RICE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CONFORMATIONS; ENTHALPY; GLASS TRANSITION; GLYCEROL; MOLECULAR STRUCTURE; REACTION KINETICS;

ENTHALPIC BARRIERS; LIGANDS; MYOGLOBIN; REBINDING KINETICS;

PROTEINS;

CARBON MONOXIDE; GLYCEROL; HEME; HEMOPROTEIN; IRON; MYOGLOBIN; NITRIC OXIDE;

AMPLITUDE MODULATION; ARTICLE; BINDING KINETICS; ENTHALPY; GENE MUTATION; GENETIC RECOMBINATION; GEOMETRY; GLASS TRANSITION TEMPERATURE; LIGAND BINDING; LOW TEMPERATURE PROCEDURES; PHOTON; PROTEIN CONFORMATION; TEMPERATURE DEPENDENCE;

ANIMALS; HEME; HORSES; KINETICS; MODELS, MOLECULAR; MYOGLOBIN; NITRIC OXIDE; PHOTOCHEMISTRY; TEMPERATURE; THERMODYNAMICS;

EID: 28844509169     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja054249y     Document Type: Article

References (137)

1. Moncada, S.; Palmer, R. M. J.; Higgs, E. A. Pharmacol. Rev. 1991, 43, 109-142.
2. Marletta, M. A. J. Biol. Chem. 1993, 268, 12231-12234.
3. Dawson, T. M.; Dawson, V. L.; Snyder, S. H. Molecular Mechanisms of Nitric-Oxide Actions in the Brain. 1994; pp 76-85.
4. Dawson, T. M.; Snyder, S. H. J. Neurosci. 1994, 14, 5147-5159.
5. Moncada, S. J. Hypertens. 1994, 12, S35-S39.
6. Nelson, R. J.; Demas, G. E.; Huang, P. L.; Fishman, M. C.; Dawson, V. L.; Dawson, T. M.; Snyder, S. H. Nature 1995, 378, 383-386.
7. Shelver, D.; Kerby, R. L.; He, Y.; Roberts, G. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 11216-11220.
8. Gow, A. J.; Stamler, J. S. Nature 1998, 391, 169-173.
9. Zhao, Y.; Brandish, P. E.; Ballou, D. P.; Marletta, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 14753-14758.
10. Ignarro, L. J.; Cirino, G.; Casini, A.; Napoli, C. J. Cardiovasc. Pharmacol. 1999, 34, 879-886.
11. Wardrop, S. L.; Watts, R. N.; Richardson, D. R. Biochemistry 2000, 39, 2748-2758.
12. Kumazaki, S.; Nakajima, H.; Sakaguchi, T.; Nakagawa, E.; Shinohara, H.; Yoshihara, K.; Aono, S. J. Biol. Chem. 2000, 275, 38378-38383.
13. Uchida, T.; Ishikawa, H.; Ishimori, K.; Morishima, I.; Nakajima, H.; Aono, S.; Mizutani, Y.; Kitagawa, T. Biochemistry 2000, 39, 12747-12752.
14. Flogel, U.; Merx, M. W.; Godecke, A.; Decking, U. K. M.; Schrader, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 735-740.
15. Ye, X.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5914-5924.
16. Perutz, M. F. Nature 1970, 228, 726-739.
17. Tamura, M.; Asakura, T.; Yonetani, T. Biochim. Biophys. Acta 1973, 295, 467-479.
18. Austin, R. H.; Beeson, K. W.; Eisenstein, L.; Frauenfelder, H.; Gunsalus, I. C. Biochemistry 1975, 14, 5355-5373.
19. Spartalian, K.; Lang, G.; Yonetani, T. Biochim. Biophys. Acta 1976, 428, 281-290.
20. Uyeda, M.; Peisach, J. Biochemistry 1981, 20, 2028-2035.
21. Caughey, W. S.; Shimada, H.; Choc, M. G.; Tucker, M. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1981, 78, 2903-2907.
22. Lamar, G. N.; Deropp, J. S.; Latosgrazynski, L.; Balch, A. L.; Johnson, R. B.; Smith, K. M.; Parish, D. W.; Cheng, R. J. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 782-787.
23. 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.
24. Srajer, V.; Reinisch, L.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6656-6670.
25. Petrich, J. W.; Martin, J. L. Chem. Phys. 1989, 131, 31-47.
26. Magliozzo, R. S.; Peisach, J. Biochemistry 1993, 32, 8446-8456.
27. Egeberg, K. D.; Springer, B. A.; Sugar, S. G.; Carver, T. E.; Rohlfs, R. J.; Olson, J. S. J. Biol. Chem. 1990, 265, 11788-11795.
28. Carver, T. E.; Rohlfs, R. J.; Olson, J. S.; Gibson, Q. H.; Blackmore, R. S.; Springer, B. A.; Sugar, S. G. J. Biol. Chem. 1990, 265, 20007-20020.
29. Young, R. D.; Frauenfelder, H.; Johnson, J. B.; Lamb, D. C.; Nienhaus, G. U.; Philipp, R.; Scholl, R. Chem. Phys. 1991, 158, 315-327.
30. Petrich, J. W.; Lambry, J. C.; Kuczera, K.; Karplus, M.; Poyart, C.; Martin, J. L. Biochemistry 1991, 30, 3975-3987.
31. Genberg, L.; Richard, L.; Mclendon, G.; Miller, R. J. D. Science 1991, 251, 1051-1054.
32. Miller, R. J. D. Annu. Rev. Phys. Chem. 1991, 42, 581-614.
33. Steinbach, P. J.; Ansari, A.; Berendzen, J.; Braunstein, D.; Chu, K.; Cowen, B. R.; Ehrenstein, D.; Frauenfelder, H.; Johnson, J. B.; Lamb, D. C.; Luck, S.; Mourant, J. R.; Nienhaus, G. U.; Ormos, P.; Philipp, R.; Xie, A. H.; Young, R. D. Biochemistry 1991, 30, 3988-4001.
34. Frauenfelder, H.; Sligar, S. G.; Wolynes, P. G. Science 1991, 254, 1598-1603.
35. Nienhaus, G. U.; Frauenfelder, H.; Parak, F. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1991, 43, 3345-3350.
36. Quillin, M. L.; Arduini, R. M.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1993, 234, 140-155.
37. Lim, M.; Jackson, T. A.; Anfinrud, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 8302.
38. Ikeda-Saito, M.; Dou, Y.; Yonetani, T.; Olson, J. S.; Li, T. S.; Regan, R.; Gibson, Q. H. J. Biol. Chem. 1993, 268, 6855-6857.
39. Li, H. Y.; Elber, R.; Straub, J. E. J. Biol. Chem. 1993, 268, 17908-17916.
40. Sage, J. T.; Ivanov, D.; Keim, M.; Powell, J. R.; Asher, S. A.; Champion, P. M. Biophys. J. 1994, 66A, 271.
41. Zhu, L. Y.; Sage, J. T.; Champion, P. M. Science 1994, 266, 629-632.
42. Deak, J.; Richard, L.; Pereira, M.; Chui, H. L.; Miller, R. J. D. Methods Enzymol. 1994, 232, 322-360.
43. Springer, B. A.; Sligar, S. G.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. Chem. Rev. 1994, 94, 699-714.
44. Carlson, M. L.; Regan, R.; Elber, R.; Li, H. Y.; Phillips, G. N.; Olson, J. S.; Gibson, Q. H. Biochemistry 1994, 33, 10597-10606.
45. Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr. J. Biol. Chem. 1996, 271, 17593-17596.
46. Sage, J. T.; Champion, P. M. Comprehensive Supramolecular Chemistry; Pergamon: Oxford, U.K., 1996; Chapter 6, pp 171-218.
47. Sage, J. T.; Jee, W. J. Mol. Biol. 1997, 274, 21-26.
48. Godbout, N.; Havlin, R.; Salzmann, R.; Debrunner, P. G.; Oldfield, E. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 2342-2350.
49. Scott, E. E.; Gibson, Q. H.; Olson, J. S. J. Biol. Chem. 2001, 276, 5177-5188.
50. Nienhaus, K.; Deng, P. C.; Olson, J. S.; Warren, J. J.; Nienhaus, G. U. J. Biol. Chem. 2003, 278, 42532-42544.
51. Sage, J. T. Encyclopedia of Supramolecular Chemistry, Marcel Dekker: New York, 2004; pp 636-644.
52. Kim, S.; Lim, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8908-8909.
53. Moncada, S.; Higgs, A. N. Engl. J. Med. 1993, 329, 2002-2012.
54. Kilbourn, R. G.; Gross, S. S.; Jubran, A.; Adams, J.; Griffith, O. W.; Levi, R.; Lodato, R. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 3629-3632.
55. Kilbourn, R. G.; Gross, S. S.; Lodato, R. F.; Adams, J.; Levi, R.; Miller, L. L.; Lachman, L. B.; Griffith, O. W. J. Natl. Cancer Inst. 1992, 84, 1008-1016.
56. Bredt, D. S.; Snyder, S. H. Annu. Rev. Biochem. 1994, 63, 175-195.
57. Pawloski, J. R.; Hess, D. T.; Stamler, J. S. Nature 2001, 409, 622-626.
58. Bani, D.; Masini, E.; Bello, M. G.; Bigazzi, M.; Sacchi, T. B. Cancer Res. 1995, 55, 5272-5275.
59. Fiorucci, S.; Antonelli, E.; Distrutti, E.; Del Soldato, P.; Flower, R. J.; Clark, M. J. P.; Morelli, A.; Perretti, M.; Ignarro, L. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 15770-15775.
60. Miers, J. B.; Postlewaite, J. C.; Zyung, T.; Chen, S.; Roemig, G. R.; Wen, X.; Dlott, D. D.; Szabo, A. J. Chem. Phys. 1990, 93, 8771-8776.
61. Miers, J. B.; Postlewaite, J. C.; Cowen, B. R.; Roemig, G. R.; Lee, I. Y. S.; Dlott, D. D. J. Chem. Phys. 1991, 94, 1825-1836.
62. Traylor, T. G.; Magde, D.; Taube, D. J.; Jongeward, K. A.; Bandyopadhyay, D.; Luo, J. K.; Walda, K. N. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 417-429.
63. Traylor, T. G.; Magde, D.; Marsters, J.; Jongeward, K.; Wu, G. Z.; Walda, K. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4808-4813.
64. Grogan, T. G.; Bag, N.; Traylor, T. G.; Magde, D. J. Phys. Chem. 1994, 98, 13791-13796.
65. Gibson, Q. H.; Olson, J. S.; Mckinnie, R. E.; Rohlfs, R. J. J. Biol. Chem. 1986, 261, 228-239.
66. Gibson, Q. H.; Regan, R.; Olson, J. S.; Carver, T. E.; Dixon, B.; Pohajdak, B.; Sharma, P. K.; Vinogradov, S. N. J. Biol. Chem. 1993, 268, 16993-16998.
67. Nutt, D. R.; Meuwly, M. ChemPhysChem 2004, 5, 1710-1718.
68. Lambright, D. G.; Balasubramanian, S.; Boxer, S. G. Chem. Phys. 1991, 158, 249-260.
69. Tian, W. D.; Sage, J. T.; Srajer, V.; Champion, P. M. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 408-411.
70. Srajer, V.; Schomacker, K. T.; Champion, P. M. Phys. Rev. Lett. 1986, 57, 1267-1270.
71. Champion, P. M. J. Raman Spectrosc. 1992, 23, 557-567.
72. Tian, W. D.; Sage, J. T.; Champion, P. M.; Chien, E.; Sligar, S. G. Biochemistry 1996, 35, 3487-3502.
73. Yu, A.; Ye, X.; Ionascu, D.; Cao, W.; Champion, P. M. To be submitted, 2005.
74. Cornelius, P. A.; Hochstrasser, R. M.; Steele, A. W. J. Mol. Biol. 1983, 163, 119-128.
75. Gibson, Q. H.; Regan, R.; Elber, R.; Olson, J. S.; Carver, T. E. J. Biol. Chem. 1992, 267, 22022-22034.
76. Shreve, A. P.; Franzen, S.; Simpson, M. C.; Woodruff, W. H.; Dyer, R. B. Biophys. J. 1997, 72, A424.
77. Martin, J. L.; Migus, A.; Poyart, C.; Lecarpentier, Y.; Antonetti, A.; Orszag, A. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1982, 107, 803-810.
78. Anfinrud, P. A.; Han, C.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 8387-8391.
79. Franzen, S.; Bohn, B.; Poyart, C.; Martin, J. L. Biochemistry 1995, 34, 1224-1237.
80. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ionascu, D.; Sjodin, T.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 10884-10898.
81. Champion, P. M.; Rosca, F.; Ionascu, D.; Cao, W. X.; Ye, X. Faraday Discuss. 2004, 127, 123-135.
82. Henry, E. R.; Sommer, J. H.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. J. Mol. Biol. 1983, 166, 443-451.
83. Lambright, D. G.; Balasubramanian, S.; Decatur, S. M.; Boxer, S. G. Biochemistry 1994, 33, 5518-5525.
84. Meuwly, M.; Becker, O. M.; Stote, R.; Karplus, M. Biophys. Chem. 2002, 98, 183-207.
85. Srajer, V.; Champion, P. M. Biochemistry 1991, 30, 7390-7402.
86. Duprat, A. F.; Traylor, T. G.; Wu, G. Z.; Coletta, M.; Sharma, V. S.; Walda, K. N.; Magde, D. Biochemistry 1995, 34, 2634-2644.
87. Hoard, J. L.; Scheldt, W. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1973, 70, 3919-3922.
88. Fermi, G.; Perutz, M. F.; Dickinson, L. C.; Chien, J. C. W. J. Mol. Biol. 1982, 155, 495-505.
89. Kholodenko, Y.; Gooding, E. A.; Dou, Y.; Ikeda-Saito, M.; Hochstrasser, R. M. Biochemistry 1999, 38, 5918-5924.
90. Morikis, D.; Champion, P. M.; Springer, B. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1989, 28, 4791-4800.
91. Sage, J. T.; Morikis, D.; Champion, P. M. Biochemistry 1991, 30, 1227-1237.
92. Sage, J. T.; Morikis, D.; Li, P. S.; Champion, P. M. Biophys. J. 1992, 61, 1041-1044.
93. Yang, F.; Phillips, G. N., Jr. J. Mol. Biol. 1996, 256, 762-774.
94. Ansari, A.; Jones, C. M.; Henry, E. R.; Hofrichter, J.; Eaton, W. A. Science 1992, 256, 1796-1798.
95. Kleinert, T.; Doster, W.; Leyser, H.; Petry, W.; Schwarz, V.; Settles, M. Biochemistry 1998, 37, 717-733.
96. Shreve, A. P.; Franzen, S.; Simpson, M. C.; Dyer, R. B. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7969-7975.
97. Quillin, M. L.; Li, T. S.; Olson, J. S.; Phillips, G. N.; Dou, Y.; Ikedasaito, M.; Regan, R.; Carlson, M.; Gibson, Q. H.; Li, H. Y.; Elber, R. J. Mol. Biol. 1995, 245, 416-436.
98. Tilton, R. F., Jr.; Kuntz, I. D., Jr.; Petsko, G. A. Biochemistry 1984, 23, 2849-2857.
99. Dantsker, D.; Samuni, U.; Friedman, A. J.; Yang, M.; Ray, A.; Friedman, J. M. J. Mol. Biol. 2002, 315, 239-251.
100. Lamb, D. C.; Nienhaus, K.; Arcovito, A.; Draghi, F.; Miele, A. E.; Brunori, M.; Nienhaus, G. U. J. Biol. Chem. 2002, 277, 11636-11644.
101. Tetreau, C.; Blouquit, Y.; Novikov, E.; Quiniou, E.; Lavalette, D. Biophys. J. 2004, 86, 435-447.
102. Ye, X.; Yu, A. C.; Georgier, G. Y.; Gruia, F.; Ionascu, D.; Cao, W. X.; Sage, J. T.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5854-5861.
103. Ionascu, D.; Gruia, F.; Rosca, F.; Yu, A.; Champion, P. M. To be submitted, 2005.
104. Skilling, J.; Bryan, R. K. Mon. Not. R. Astron. Soc. 1984, 211, 111.
105. Kumar, A. T. N.; Zhu, L.; Christian, J. F.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7847-7856.
106. Press, W. H.; Teukolsky, S. A.; Vetterling, W. T.; Flannery, B. P. Numerical Recipes in C, 2nd ed.; Cambridge University Press: New York, 1992.
107. Steinbach, P. J. Biophys. J. 1996, 70, 1521-1528.
108. Ionascu, D. Ph.D. Thesis, Northeastern University, 2005.
109. Ye, X.; Demidov, A.; Rosca, F.; Wang, W.; Kumar, A.; Ionascu, D.; Zhu, L.; Barrick, D.; Wharton, D.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8156-8165.
110. Sivakolundu, S. G.; Mabrouk, P. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 1513-1521.
111. Sivakolundu, S. G.; Mabrouk, P. A. J. Biol. Inorg. Chem. 2003, 8, 527-539.
112. Schaad, O.; Zhou, H. X.; Szabo, A.; Eaton, W. A.; Henry, E. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 9547-9551.
113. Kholodenko, Y.; Gooding, E. A.; Dou, Y.; Ikeda-Saito, M.; Hochstrasser, R. M. Biochemistry 1999, 38, 5918-5924.
114. Ionascu, D.; Gruia, F.; Ye, X.; Yu, A.; Champion, P. M. To be submitted, 2005.
115. Agmon, N.; Hopfield, J. J. J. Chem. Phys. 1983, 78, 6947-6959.
116. Kuczera, K.; Lambry, J. C.; Martin, J. L.; Karplus, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 5805-5807.
117. Franzen, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 16754-16759.
118. Agmon, N.; Hopfield, J. J. J. Chem. Phys. 1983, 79, 2042-2053.
119. Nienhaus, K.; Deng, P. C.; Kriegl, J. M.; Nienhaus, G. U. Biochemistry 2003, 42, 9647-9658.
120. Szabo, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1978, 75, 2108-2111.
121. Brucker, E. A.; Olson, J. S.; Phillips, G. N.; Dou, Y.; Ikedasaito, M. J. Biol. Chem. 1996, 271, 25419-25422.
122. Sage, J. T.; Li, P. S.; Champion, P. M. Biochemistry 1991, 30, 1237-1247.
123. Quillin, M. L.; Brantley, R. E.; Johnson, K. A.; Olson, J. S.; Phillips, G. N. FASEB J. 1992, 6, A466.
124. Hoffman, B. M.; Petering, D. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1970, 67, 637-643.
125. Liang, J.; Edelsbrunner, H.; Fu, P.; Sudhakar, P. V.; Subramaniam, S. Proteins 1998, 33, 18-29.
126. Yu, A.; et al. To be published, 2005.
127. Schotte, F.; Lim, M.; Jackson, T. A.; Smirnov, A. V.; Soman, J.; Olson, J. S.; Phillips, G. N., Jr.; Wulff, M.; Anfinrud, P. A. Science 2003, 300, 1944-1947.
128. Bourgeois, D.; Vallone, B.; Schotte, F.; Arcovito, A.; Miele, A. E.; Sciara, G.; Wulff, M.; Anfinrud, P.; Brunori, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 8704-8709.
129. Hummer, G.; Schotte, F.; Anfinrud, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 15330-15334.
130. Srajer, V.; Teng, T. Y.; Ursby, T.; Perman, B.; Bourgeois, D.; Pradervand, C.; Schotte, F.; Kort, R.; Ren, Z.; Royer, W.; Hellingwerf, K.; Wulff, M.; Moffat, K. Abstr. Pap. Am. Chem. Soc. 1998, 216, 390-HYS.
131. Srajer, V.; Ren, Z.; Teng, T. Y.; Schmidt, M.; Ursby, T.; Bourgeois, D.; Pradervand, C.; Schildkamp, W.; Wulff, M.; Moffat, K. Biochemistry 2001, 40, 13802-13815.
132. Zhu, L. Y.; Sage, J. T.; Champion, P. M. Biochemistry 1993, 32, 2, 11181-11185.
133. Zhu, L.; Sage, J. T.; Rigos, A. A.; Morikis, D.; Champion, P. M. J. Mol. Biol. 1992, 224, 207-215.
134. Lim, M.; Jackson, T. A.; Anfinrud, P. A. Science 1995, 269, 962-966.
135. Sage, J. T. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 537-543.
136. Miller, L. M.; Pedraza, A. J.; Chance, M. R. Biochemistry 1997, 36, 12199-12207.
137. Kim, S.; Jin, G.; Lim, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 20366-20375.