Determinants of the relative reduction potentials of type-1 copper sites in proteins

Journal of the American Chemical Society

Volumn 126, Issue 25, 2004, Pages 8010-8019

  Li, Hui ^a   Webb, Simon P ^b   Ivanic, Joseph ^b   Jensen, Jan H ^a  

^a E11 SSH   (United States)

^b SAIC FREDERICK INC   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

MOLECULAR STRUCTURE; PROTEINS; QUANTUM THEORY; REACTION KINETICS; REDUCTION;

LIGANDS; STRUCTURAL DISTORTION;

COPPER;

AZURIN; CARBONYL DERIVATIVE; CERULOPLASMIN; COPPER ION; GLUTAMINE; LACCASE; LIGAND; METHIONINE; PLASTOCYANIN; PROTEIN; RUSTICYANIN; STELLACYANINE; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; BINDING SITE; CUCUMBER; ELECTRON TRANSPORT; GEOMETRY; HYDROGEN BOND; HYDROPHOBICITY; LIGAND BINDING; OXIDATION REDUCTION POTENTIAL; PROTEIN INTERACTION; PROTEIN STRUCTURE; PSEUDOMONAS AERUGINOSA; QUANTUM MECHANICS; REDUCTION; TREE;

AZURIN; BINDING SITES; CERULOPLASMIN; COPPER; CYSTEINE; HUMANS; HYDROGEN BONDING; LACCASE; LIGANDS; METHIONINE; OXIDATION-REDUCTION; PLASTOCYANIN; PROTEINS; QUANTUM THEORY;

EID: 3042694367     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja049345y     Document Type: Article

References (90)

1. Cowan, J. A. Inorganic Biochemistry: An Introduction; VCH Publishers: New York, 1993.
2. Barker, P. D. Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 490-499.
3. Gilardi, G.; Fantuzzi, A.; Sadeghi, S. J. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 491-499.
4. Kennedy, M. L.; Gibney, B. R. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 485-490.
5. Lappin, A. G. In Metal Ions in Biological Systems; Sigel, H., Ed.; Marcel Dekker: New York, 1981; Vol. 13, pp 15-72.
6. Sykes, A. G. In Advances in Inorganic Chemistry; Sykes, A. G., Ed.; Academic Press: San Diego, 1991; Vol. 36, pp 377-408.
7. Urbach, F. L. In Metal Ions in Biological Systems; Sigel, H., Ed.; Marcel Dekker: New York, 1981; Vol. 13, pp 73-116.
8. Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O.; Borin, A. C. Theor. Chem. Acc. 2001, 105, 452-462.
9. Pierloot, K.; DeKerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Roos, B. O. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 218-226.,
10. Canters, G. W.; Gilardi, G. Febs Lett. 1993, 325, 39-48.
11. Mizoguchi, T. J.; Dibilio, A. J.; Gray, H. B.; Richards, J. H. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10 076-10 078.
12. Sailasuta, N.; Anson, F. C.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 455-458.
13. Machonkin, T. E.; Zhang, H. H.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. Biochemistry 1998, 37, 9570-9578.
14. Walter, R. L.; Ealick, S. E.; Friedman, A. M.; Blake, R. C.; Proctor, P.; Shoham, M. J. Mol. Biol. 1996, 263, 730-751.
15. Kyritsis, P.; Dennison, C.; Ingledew, W. J.; McFarlane, W.; Sykes, A. G. Inorg. Chem. 1995, 34, 5370-5374.
16. Donaire, A.; Jimenez, B.; Moratal, J. M.; Hall, J. F.; Hasnain, S. S. Biochemistry 2001, 40, 837-846.
17. Donaire, A.; Jimenez, B.; Fernandez, C. O.; Pieratteli, R.; Niizeki, T.; Moratal, J. M.; Hall, J. F.; Kohzuma, T.; Hasnain, S. S.; Vila, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13 698-13 708.
18. Jimenez, B.; Piccioli, M.; Moratal, J. M.; Donaire, A. Biochemistry 2003, 42, 10 396-10 405.
19. Jimenez, B.; Donaire, A.; Moratal, J. M.; Piccioli, M.; Hall, J. F.; Hasnain, S. S. J. Inorg. Biochem. 2001, 86, 282-282.
20. George, S. D.; Basumallick, L.; Szilagyi, R. K.; Randall, D. W.; Hill, M. G.; Nersissian, A. M.; Valentine, J. S.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11 314-11 328.
21. Karlsson, B. G.; Tsai, L. C.; Nar, H.; SandersLoehr, J.; Bonander, N.; Langer, V.; Sjolin, L. Biochemistry 1997, 36, 4089-4095.
22. Hall, J. F.; Kanbi, L. D.; Strange, R. W.; Hasnain, S. S. Biochemistry 1999, 38, 12 675-12 680.
23. Xu, F.; Berka, R. M.; Wahleithner, J. A.; Nelson, B. A.; Shuster, J. R.; Brown, S. H.; Palmer, A. E.; Solomon, E. I. Biochem. J. 1998, 334, 63-70.
24. Berry, S. M.; Ralle, M.; Low, D. W.; Blackburn, N. J.; Lu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8760-8768.
25. Romero, A.; Hoitink, C. W. G.; Nar, H.; Huber, R.; Messerschimdt, A.; Canters, G. W. J. Mol. Biol. 1993, 229, 1007-1021.
26. Murphy, L. M.; Strange, R. W.; Karlsson, B. G.; Lundberg, L. G.; Pascher, T.; Reinhammar, B.; Hasnain, S. S. Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 1993, 32, 561-563.
27. Battistuzzi, G.; Borsari, M.; Canters, G. W.; de Waal, E.; Loschi, L.; Warmerdam, G.; Sola, M. Biochemistry 2001, 40, 6707-6712.
28. Xu, F.; Palmer, A. E.; Yaver, D. S.; Berka, R. M.; Gambetta, G. A.; Brown, S. H.; Solomon, E. I. J. Biol. Chem. 1999, 274, 12 372-12 375.
29. Pascher, T.; Karlsson, B. G.; Nordling, M.; Malmstrom, B. G.; Vanngard, T. Eur. J. Biochem. 1993, 32, 289-296.
30. Palmer, A. E.; Szilagyi, R. K.; Cherry, J. R.; Jones, A.; Xu, F.; Solomon, E. I. Inorg. Chem. 2003, 42, 4006-4017.
31. Xu, F.; Shin, W. S.; Brown, S. H.; Wahleithner, J. A.; Sundaram, U. M.; Solomon, E. I. Biochim. Biophys. Acta 1996, 1292, 303-311.
32. Ayhan, M.; Xiao, Z. G.; Lavery, M. J.; Hamer, A. M.; Nugent, K. W.; Scrofani, S. D. B.; Guss, M.; Wedd, A. G. Inorg. Chem. 1996, 35, 5902-5911.
33. Chen, K. S.; Tilley, G. J.; Sridhar, V.; Prasad, G. S.; Stout, C. D.; Armstrong, F. A.; Burgess, B. K. J. Biol. Chem. 1999, 274, 36 479-36 487.
34. Low, D. W.; Hill, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11 039-11 040.
35. Libeu, C. A. P.; Kukimoto, M.; Nishiyama, M.; Horinouchi, S.; Adman, E. T. Biochemistry 1997, 36, 13160-13179.
36. Machczynski, M. C.; Gray, H. B.; Richards, J. H. J. Inorg. Biochem. 2002, 88, 375-380.
37. Hall, J. F.; Kanbi, L. D.; Harvey, I.; Murphy, L. M.; Hasnain, S. S. Biochemistry 1998, 37, 11 451-11 458.
38. Li, J.; Nelson, M. R.; Peng, C. Y.; Bashford, D.; Noodleman, L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 6311-6324.
39. Wittung-Stafshede, P.; Hill, M. G.; Gomez, E.; Di Bilio, A. J.; Karlsson, B. G.; Leckner, J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B.; Malmstrom, B. G. J. Biol. Inorg. Chem. 1998, 3, 367-370.
40. Gray, H. B.; Malmstrom, B. G.; Williams, R. J. P. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 551-559.
41. Wittung-Stafshede, P.; Gomez, E.; Ohman, A.; Aasa, R.; Villahermosa, R. M.; Leckner, J.; Karlsson, B. G.; Sanders, D.; Fee, J. A.; Winkler, J. R.; Malmstrom, B. G.; Gray, H. B.; Hill, M. G. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1388, 437-443.
42. Olsson, M. H. M.; Hong, G. Y.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5025-5039.
43. Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O.; De Kerpel, J. O. A.; Pierloot, K. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 565-574.
44. Vandekamp, M.; Floris, R.; Hali, F. C.; Canters, G. W. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 907-908.
45. Battistuzzi, G.; Bellei, M.; Borsari, M.; Canters, G. W.; de Waal, E.; Jeuken, L. J. C.; Ranieri, A.; Sola, M. Biochemistry 2003, 42, 9214-9220.
46. Battistuzzi, G.; Borsari, M.; Loschi, L.; Menziani, M. C.; De Rienzo, F.; Sola, M. Biochemistry 2001, 40, 6422-6430.
47. Botuyan, M. V.; ToyPalmer, A.; Chung, J.; Blake, R. C.; Beroza, P.; Case, D. A.; Dyson, H. J. J. Mol. Biol. 1996, 263, 752-767.
48. Lim, C.; Bashford, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5610-5620.
49. Bashford, D.; Karplus, M.; Canters, G. W. J. Mol. Biol. 1988, 203, 507-510.
50. Honig, B.; Nicholls, A. Science 1995, 268, 1144-1149.
51. Han, W. G.; Lovell, T.; Liu, T. Q.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2003, 42, 2751-2758.
52. Torres, R. A.; Lovell, T.; Noodleman, L.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1923-1936.
53. Ullmann, G. M.; Noodleman, L.; Case, D. A. J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 632-639.
54. Mao, J. J.; Hauser, K.; Gunner, M. R. Biochemistry 2003, 42, 9829-9840.
55. Warshel, A.; Papazyan, A.; Muegge, I. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 143-152.
56. Stephens, P. J.; Jollie, D. R.; Warshel, A. Chem. Rev. 1996, 96, 2491-2513.
57. Olsson, M. H. M.; Ryde, U. J. Biol. Inorg. Chem. 1999, 4, 654-663.
58. Li, H.; Robertson, A. D.; Jensen, J. H. Proteins: Struct. Funct. Bioinform. 2004, 55, 689-704.
59. Hart, P. J.; Nersissian, A. M.; Herrmann, R. G.; Nalbandyan, R. M.; Valentine, J. S.; Eisenberg, D. Protein Sci. 1996, 5, 2175-2183.
60. Nersissian, A. M.; Immoos, C.; Hill, M. G.; Hart, P. J.; Williams, G.; Herrmann, R. G.; Valentine, J. S. Protein Sci. 1998, 7, 1915-1929.
61. Adman, E. T.; Jensen, L. H. Isr. J. Chem. 1981, 21, 8-12.
62. Guss, J. M.; Harrowell, P. R.; Murata, M.; Norris, V. A.; Freeman, H. C. J. Mol. Biol. 1986, 192, 361-387.
63. Ducros, V.; Brzozowski, A. M.; Wilson, K. S.; Ostergaard, P.; Schneider, P.; Svendson, A.; Davies, G. J. Acta Crystallogr. D 2001, 57, 333-336.
64. Zaitseva, I.; Zaitsev, V.; Card, G.; Moshkov, K.; Bax, B.; Ralph, A.; Lindly, P. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 1, 15-23.
65. Rodriguez, R.; Chinea, G.; Lopez, N.; Pons, T.; Vriend, G. Bioinformatics 1998, 14, 523-528.
66. Roothaan, C. C. J. Rev. Modern Phys. 1951, 23.
67. Francl, M. M.; Pietro, W. J.; Hehre, W. J.; Binkley, J. S.; Gordon, M. S.; Defrees, D. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3654-3665.
68. Rassolov, V. A.; Pople, J. A.; Ratner, M. A.; Windus, T. L. J. Chem. Phys. 1998, 109, 1223-1229.
69. McWeeny, R.; Diercksen, G. J. Chem. Phys. 1968, 49, 4852-4856.
70. Hertwig, R. H.; Koch, W. Chem. Phys. Lett. 1997, 268, 345-351.
71. Lee, T. J.; Rendell, A. P.; Dyall, K. G.; Jayatilaka, D. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7400-7409.
72. Lee, T. J.; Jayatilaka, D. Chem. Phys. Lett. 1993, 201, 1-10.
73. Pople, J. A.; Binkley, J. S.; Seeger, R. Int. J. Quantum Chem. 1976, S10, 1-19.
74. Cances, E.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3032-3041.
75. Barone, V.; Cossi, M.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3210-3221.
76. Pascualahuir, J. L.; Silla, E.; Tunon, I. J. Comput. Chem. 1994, 15, 1127-1138.
77. Cossi, M.; Mennucci, B.; Pitarch, J.; Tomasi, J. J. Comput. Chem. 1998, 19, 833-846.
78. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S. J.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347-1363.
79. Olsson, M. H. M.; Ryde, U.; Roos, B. J. Inorg. Biochem. 1999, 74, 254-254.
80. McLeod, D. D. N.; Freeman, H. C.; Harvey, l.; Lay, P. A.; Bond, A. M. Inorg. Chem. 1996, 35, 7156-7165.
81. Crane, B. R.; Di Bilio, A. J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11 623-11 631.
82. Grossmann, J. G.; Ingledew, W. J.; Harvey, I.; Strange, R. W.; Hasnain, S. S. Biochemistry 1995, 34, 8406-8414.
83. DeBeer, S.; Randall, D. W.; Nersissian, A. M.; Valentine, J. S.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10 814-10 819.
84. Murphy, L. M.; Strange, R. W.; Karlsson, B. G.; Lundberg, L. G.; Pascher, T.; Reinhammar, B.; Hasnain, S. S. Biochemistry 1993, 32, 1965-1975.
85. Canters, G. W.; Kolczak, U.; Armstrong, F.; Jeuken, L. J. C.; Camba, R.; Sola, M. Faraday Discuss. 2000, 205-220.
86. Lippard, S. J.; Berg, J. M. Principles of Bioinorganic Chemistry; University Science Books: Mill Valley, Calif., 1994.
87. Malmstrom, B. G.; Leckner, J. Curr. Opin. Chem. Biol. 1998, 2, 286-292.
88. Wijma, H. J.; Boulanger, M. J.; Molon, A.; Fittipaldi, M.; Huber, M.; Murphy, M. E. P.; Verbeet, M. P.; Canters, G. W. Biochemistry 2003, 42, 4075-4083.
89. Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Pierloot, K.; Roos, B. O. J. Mol. Biol. 1996, 261, 586-596.
90. Olsson, M. H. M.; Ryde, U.; Roos, B. O.; Pierloot, K. J. Biol. Inorg. Chem. 1998, 3, 109-125.