DFT calculations of 57Fe mössbauer isomer Shifts and quadrupole splittings for iron complexes in polar dielectric media: Applications to methane monooxygenase and ribonucleotide reductase

Journal of Computational Chemistry

Volumn 27, Issue 12, 2006, Pages 1292-1306

  Han, Wen Ge ^a   Liu, Tiqing ^a,b   Lovell, Timothy ^a,c   Noodleman, Louis ^a  

^a SCRIPPS RESEARCH INSTITUTE   (United States)

^b UNIVERSITY OF MARYLAND BIOTECHNOLOGY INSTITUTE   (United States)

^c ASTRAZENECA R AND D   (Sweden)

Author keywords

Isomer shift; MMOH; M ssbauer spectroscopy; Quadrupole splitting; RNR

Indexed keywords

ISOMER SHIFT; METHANE MONOOXYGENASE (MMOH); MÖSSBAUER SPECTROSCOPY; QUADRUPOLE SPLITTING; RIBONUCLEOTIDE REDUCTASE (RNR);

COMPLEXATION; CORRELATION METHODS; DIELECTRIC MATERIALS; ELECTRONIC STRUCTURE; METHANE; OXIDATION; OXYGENATORS; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; STATISTICAL METHODS;

IRON COMPOUNDS;

IRON; METHANE MONOOXYGENASE; OXYGENASE; RIBONUCLEOTIDE REDUCTASE;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; ELECTROCHEMISTRY; METABOLISM; MOSSBAUER SPECTROSCOPY; PROTEIN CONFORMATION;

ELECTROCHEMISTRY; IRON; MODELS, MOLECULAR; OXYGENASES; PROTEIN CONFORMATION; RIBONUCLEOTIDE REDUCTASES; SPECTROSCOPY, MOSSBAUER;

EID: 33747192571     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20402     Document Type: Article

References (103)

1. (a) Mössbauer, R. L. Z Physik 1958, 151, 124;
2. (b) Mössbauer, R. L. Naturwissenschaften 1958, 45, 538;
3. (c) Mössbauer, R. L. Z Naturforsch 1959, 14a, 211.
4. Kistner, O. C.; Sunyar, A. W. Phy Rev Lett 1960, 4, 229.
5. Gülich, P.; Link, R.; Trautwein, A. Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry, Inorganic Chemistry Concepts 3; Becke, M.; Lappert, M. F.; Margrave, J. L.; Parry, R. W.; Jørgensen, C. K.; Lippard, S. J.; Niedenzu, K.; Yamatera, H., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, 1978.
6. Greenwood, N. N.; Gibb, T. C. Mos̈sbauer Spectroscopy; Chapman and Hall Ltd: London, 1971.
7. Münck, E. In Physical Methods in Bioinorganic Chemistry; Que, L. Jr., Ed.; University Science Books: Sausalito, CA, 2000, p. 287.
8. (a) Lovell, T.; Han, W.-G.; Liu, T.; Noodleman, L. J Am Chem Soc 2002, 124, 5890;
9. (b) Liu, T.; Lovell, T.; Han, W.-G.; Noodleman, L. Inorg Chem 2003, 42, 5244;
10. Liu, T.; Lovell, T.; Han, W.-G.; Noodleman, L. Inorg Chem 2004, 43, 6858;
11. (c) Han, W.-G.; Lovell, T.; Liu, T.; Noodleman, L. Inorg Chem 2003, 42, 2751;
12. (d) Han, W.-G.; Lovell, T.; Liu, T.; Noodleman, L. Inorg Chem 2004, 43, 613;
13. (e) Han W.-G.; Liu, T.; Lovell, T.; Noodleman, L. J Am Chem Soc 2005, 127, 15778.
14. (a) Bläs, R.; Guillin, J.; Bominaar, E. L.; Grodzicki, M.; Marathe, V. R.; Trautwein, A. X. J Phys B: At Mol Phys 1987, 20, 5627;
15. (b) Paulsen, H.; Kröckel, M.; Grodzicki, M.; Bill, E.; Trautwein, A. X.; Leigh, G. J.; Solver, J. Inorg Chem 1995, 34;
16. (c) Lougear, A.; Grodzicki, M.; Bertoldi, C.; Trautwein, A. X.; Steiner, K.; Amthauer, G. Phys Chem Miner 1999, 27, 258;
17. (d) Grodzicki, M.; Flint, H.; Winkler, H.; Walker, A.; Trautwein, A. X. J Phys Chem A 1997, 101, 4202;
18. (e) Polan, J. R.; Wright, J. L.; Christensen, K. A.; Walker, F. A.; Flint, H.; Winkler, H.; Grodzicki, M.; Trautwein, A. X. J Am Chem Soc 1996, 118, 5272.
19. (f) Martíaez-Pinedo, G.; Schwerdtfeger, P.; Caurier, E.; Langanke, K.; Nazarewicz, W.; Söhnel, T. Phys Rev Lett 2001, 87, 062701(1-4).
20. (a) Havlin, R. H.; Godbout, N.; Salzmann, R.; Wojdelski, M.; Arnold, W.; Schulz, C. E.; Oldfield, E.; J Am Chem Soc 1998, 120, 3114;
21. (b) Godbout, N.; Havlin, R. H.; Salzmann, R.; Debrunner, P. G.; Oldfield, E. J Phys Chem 1998, 102, 2342;
22. (c) Godbout, N.; Sanders, L. K.; Salzmann, R.; Havlin, R. H.; Wojdelski, M.; Oldfield, E. J Am Chem Soc 1999, 121, 3829;
23. (d) Salzmann, R.; Kaupp, M.; McMahon, M. T.; Oldfield, E. J Am Chem Soc 1998, 120, 4771;
24. (e) Salzmann, R.; McMahon, M. T.; Godbout, N.; Sanders, L. K.; Wojdelski, M.; Oldfield, E. J Am Chem Soc 1999, 121, 3818;
25. (f) McMahon, M. T.; deDios, A. C.; Godbout, N.; Salzmann, R.; Laws, D. D.; Le, H.; Havlin, R. H.; Oldfield, E. J Am Chem Soc 1998, 120, 4784.
26. (a) Neese, F. Inorg Chim Acta 2002, 337, 181;
27. (b) Zhang, Y.; Mao, J.; Oldfield, E. J Am Chem Soc 2002, 124, 7829.
28. (a) Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can J Phys 1980, 58, 1200;
29. (b) Perdew, J. P.; Chekavry, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Perderson, M. R.; Sing, D. J.; Fioihais, C. Phys Rev B 1992, 46, 6671.
30. (a) Wallar, B. J.; Lipscomb, J. D. Chem Rev 1996, 96, 2625;
31. (b) Baik, M.-H.; Newcomb, M.; Friesner, R. A.; Lippard, S. J. Chem Rev 2003, 103, 2385;
32. (c) Siegbahn, P. E. M. Q Rev Biophys 2003, 36, 91;
33. (d) Noodleman, L.; Lovell, T.; Han, W.-G.; Li, J.; Himo, F. Chem Rev 2004, 104, 459.
34. (a) Rosenzweig, A. C.; Nordlund, P.; Takahara, P. M.; Frederick, C. A.; Lippard, S. J. Chem Biol 1995, 2, 409;
35. (b) Elango, N.; Radhakrishnan, R.; Froland, W. A.; Wallar, B. J.; Earhart, C. A.; Lipscomb, J. D.; Olendorf, D. O. Protein Sci 1997, 6, 556;
36. (c) Rosenzweig, A. C.; Frederick, C. A.; Lippard, S. J.; Nordlund, P. Nature 1993, 366, 537;
37. (d) Logan, D. T.; Su, X. D.; Aberg, A.; Regnström, K.; Hajdu, J.; Eklund, H.; Nordlund, P. Structure 1996, 4, 1053;
38. (e) Nordlund, P.; Eklund, H. J Mol Biol 1993, 232, 123.
39. Slep, L. D.; Mijovilovich, A.; Meyer-Klaucke, W.; Weyhermüller, T.; Bill, E.; Bothe, E.; Neese, F.; Wieghardt, K. J Am Chem Soc 2003, 125, 15554.
40. Allen, F. H. Acta Crystallogr 2002, B58, 380.
41. (a) Klamt, A.; Schrüümann, G. J. Chem Soc Perkin Trans 1993, 2, 799;
42. (b) Klamt, A. J. Phys Chem 1995, 99, 2224;
43. (c) Klamt, A.; Jones, V. J Chem Phys 1996, 105, 9972;
44. (d) Pye, C. C.; Ziegler, T. Theor Chem Acc 1999, 101, 396.
45. ADF2004.01, SCM, Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands, http://www.scm.com.
46. (a) Guerra, C. F.; Snijders, J. G.; te Velde, G.; Baerends, E. J. Theor Chem Acc 1998, 99, 391.
47. (b) te Velde, G.; Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J.; Guerra, C. F.; van Gisbergen, S. J. A.; Snijders, J. G.; Ziegler, T. J Comput Chem 2001, 22, 931;
48. (c) van Lenthe, E.; van der Avoird, A.; Wormer, P. E. S. J Chem Phys 1998, 108, 4783.
49. Synder, B. S.; Patterson, G. S.; Abrahamson, A. J.; Holm, R. H. J Am Chem Soc 1989, 111, 5214.
50. Surerus, K. K.; Münck, E.; Snyder, B. S.; Holm, R. H. J Am Chem Soc 1989, 111, 5501.
51. Lee, D.; Lippard, S. J. Inorg Chem 2002, 41, 2704.
52. Lee, D.; Lippard, S. J. Inorg Chem 2002, 41, 827.
53. Yoon, S. J.; Lippard, S. J. J Am Chem Soc 2004, 126, 16692.
54. (a) Noodleman, L.; Baerends, E. J. J Am Chem Soc 1984, 106, 2316;
55. (b) Noodleman, L.; Case, D. A. Adv Inorg Chem 1992, 38, 423;
56. (c) Noodleman, L.; Chen, J.-L.; Case, D. A.; Giori, C.; Rius, G.; Mouesca, J.-M.; Lamotte, B. In Nuclear Magnetic Resonance of Paramagnetic Macromolecules; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 1995, p. 339;
57. (d) Li, J.; Noodleman, L. In ACS Symposium Series 692: Spectroscopic Methods in Bioinorganic Chemistry, E. I. Solomon, K. O. Hodgson, Eds.; American Chemical Society, Washington, DC, 1998; p. 179, Chap. 9;
58. (e) Case, D. A.; Noodleman, L.; Li, J. In Metal-Ligand Interactions in Chemistry, Physics and Biology; Russo, N.; Salahub, D. R. Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 2000, p. 19.
59. (a) Lovell, T.; Li, J.; Noodleman, L. Inorg Chem 2001, 40, 5251
60. Lovell, T.; Li, J.; Noodleman, L. Inorg Chem; 2001, 40, 5267.
61. (b) Lovell, T.; Li, J.; Noodleman, L. 2002, 7, 799.
62. Fee, J. A.; Findling, K. Y.; Yoshida, T.; Hille, R.; Tarr, G. E.; Hearshen, D. O.; Dunham, W. R.; Day, E. P.; Kent, T. A.; Münck, E. J Biol Chem 1984, 259, 124.
63. Christoe, C. W.; Drickamer, H. G. Phys Rev B 1970, 1, 1813.
64. Wertheim, G. K.; Buchanan, D. N. E. Phys Rev 1967, 161, 478.
65. Schmid, G.; Barbenheim, G.; Boese, R. Z Naturforsch B: Chem Sci 1985, 40, 787.
66. Edwards, P. R.; Johnson, C. E.; Williams, R. J. P. J Chem Phys 1967, 47, 2074.
67. Fan, Y.-P.; Du, G.-Y.; Zhang, W.-X. Acta Chim Sinica 1989, 47, 276.
68. Grant, R. W.; Wiedersich, H.; Muir, A. H., Jr.; Gonser, U.; Delgass, W. N. J Chem Phys 1966, 45, 1015.
69. Figgis, B. N.; Patrick, J. M.; Reynolds, P. A.; Skelton, B. W.; White, A. H.; Healy, P. C. Aust J Chem 1983, 36, 2043.
70. Collins, R. L.; Pettit, R.; Jr, Baker, W. A. J Inorg Nuclear Chem 1966, 28, 1001.
71. Maxcy, K. R.; Smith, R.; Willett, R. D.; Vij, A. Acta Crystallogr C: Cryst Struct Commun 2000, 56, e454.
72. Renovitch, G. A., Jr.; Baker, W. A. J Chem Soc A 1969, 75.
73. Long, G. J.; Clark, P. J. Inorg Chem 1978, 17, 1394.
74. Golding, R. M.; Mok, K. F.; Duncan, J. F. Inorg Chem 1966, 5, 774.
75. Borovik, A. S., Jr.; Que, L. J Am Chem Soc 1988, 110, 2345.
76. Armstrong, W. H.; Lippard, S. J. J Am Chem Soc 1984, 106, 4632.
77. Witten, E. H.; Reiff, W. M.; Lazar, K.; Sullivan, B. W.; Foxman, B. M. Inorg Chem 1985, 24, 4585.
78. Rother, G.; Worzala, H.; Bentrup, U. Z Anorg Allg Chem 1996, 622, 1991.
79. Wertheim, G. K.; Guggenheim, H. J.; Buchanan, D. N. E. Phys Rev 1968, 169, 465.
80. Demant, U.; Conradi, E.; Muller, U.; Dehnicke, K. Z Naturforsch B: Chem Sci 1985, 40, 443.
81. Earls, D. E.; Axtmann, R. C.; Hazony, Y.; Lefkowitz, I. J Phys Chem Solids 1968, 29, 1859.
82. Constant, G.; Daran, J.-C.; Jeannin, Y. J Inorg Nucl Chem 1973, 35, 4083.
83. Oetridis, D.; Terzis, A. Inorg Chim Acta 1986, 118, 129.
84. Amstrong, W. H.; Spool, A.; Papaefthymiou, G. C.; Frankel, R. B.; Lippard, S. J. J Am Chem Soc 1984, 106, 3653.
85. Hartman, J. A. R.; Rardin, R. L.; Chaudhuri, P.; Pohl, K.; Wieghardt, K.; Nuber, B.; Weiss, J.; Papaefthymiou, G. C.; Frankel, R. B.; Lippard, S. J. J Am Chem Soc 1987, 109, 7387.
86. Vincent, J. B.; Huffman, J. C.; Christou, G.; Li, Q.; Nanny, M. A.; Hendrickson, D. N.; Fong, R. H.; Fish, R. H. J Am Chem Soc 1988, 110, 6898.
87. Zang, Y.; Dong, Y., Jr.; Que, L.; Kauffmann, K.; Münck, E. J Am Chem Soc 1995, 117, 1169.
88. Justel, T.; Weyhermuller, T.; Wieghardt, K.; Bill, E.; Lengen, M.; Trautwein, A. X.; Hild,brandt, P. Angew Chem Int Ed Engl 1995, 34, 669.
89. Grillo, V. A.; Hanson, G. R.; Wang, D.; Hambley, T. W.; Gahan, L. R.; Murray, K. S.; Moubaraki, B.; Hawkins, C. J. Inorg Chem 1996, 35, 3568.
90. Hsu, H.-F.; Dong, Y.; Shu, L., Jr.; Young, V. G., Jr.; Que, L. J Am Chem Soc 1999, 121, 5230.
91. Dong, Y.; Fujii, H.; Hendrich, M. P.; Leising, R. A.; Pan, G.; Randall, C. R.; Wilkinson, E. C.; Zhang, Y., Jr.; Que, L.; Fox, B. G.; Münck, E. J Am Chem Soc 1995, 117, 2778.
92. Vogel, E.; Will, S.; Tilling, A. S.; Neumann, L.; Lex, J.; Bill, E.; Trautwein, A. X.; Wieghardt, K. Angew Chem Int Ed Engl 1994, 33, 731.
93. Kostka, K. L.; Fox, B. G.; Hendrich, M. P.; Collins, T. J.; Rickard, C. E. F.; Wright, L. J.; Münck, E. J Am Chem Soc 1993, 115, 6746.
94. (a) Pulver, S. C.; Tong, W. H., Jr.; Bollinger, M. J.; Stubbe, J.; Solomon, E. I. J Am Chem Soc 1995, 117, 12664;
95. (b) Petersson, L.; Gräslund, A.; Ehrenberg, A.; Sjöberg, B.-M.; Reichard, P. J Biol Chem 1980, 255, 6706;
96. (c) Atta, M.; Scheer, C.; Fries, P. H.; Fontecave, M.; Latour, J.-M. Angew Chem Int Ed Engl 1992, 31, 1513;
97. (d) Galli, C.; Atta, M.; Andersson, K. K.; Gräslund, A.; Brudvig, G. W. J Am Chem Soc 1995, 117, 740;
98. (e) Solomon, E. I.; Brunold, T. C.; Davis, M. I.; Kemsley, J. N.; Lee, S.-K.; Lehnert, N.; Neese, F.; Skulan, A. J.; Yang, Y.-S.; Zhou, J. Chem Rev 2000, 100, 235.
99. (a) Atkin, C. L.; Thelander, L.; Reichard, P.; Lang, G. J Biol Chem 1973, 248, 7464.
100. (b) Lynch, J. B.; Juarez-Garcia, C.; Münck, E., Jr.; Que, L. J Biol Chem 1989, 264, 8091;
101. (c) Bollinger, J. M.,.Jr.; Chen, S.; Parkin, S. E.; Mangravite, L. M.; Ley, B. A.; Edmondson, D. E.; Huynh, B. H. J Am Chem Soc 1997, 119, 5976.
102. (a) Fox, B. G.; Hendrich, M. P.; Surerus, K. K.; Andersson, K. K.; Froland, W. A.; Lipscomb, J. D.; Münck, E. J Am Chem Soc 1993, 115, 3688;
103. (b) Liu, K. E.; Valentine, A. M.; Wang, D.; Huynh, B. H.; Edmondson, D. E.; Salifoglou, A.; Lippard, S. J. J Am Chem Soc 1995, 117, 10174.