Spin-forbidden ligand binding to the ferrous-heme group: Ab initio and DFT studies

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 111, Issue 4, 2007, Pages 841-852

  Strickland, Nikki ^a   Harvey, Jeremy N ^a  

^a UNIVERSITY OF BRISTOL   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BINDING ENERGY; ELECTRON ENERGY LEVELS; MATHEMATICAL MODELS; MOLECULAR STRUCTURE; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; REACTION KINETICS;

ENERGY BARRIERS; LIGAND BINDING; POTENTIAL ENERGY SURFACES (PES); SPIN-FORBIDDEN RECOMBINATION REACTIONS;

IRON COMPOUNDS;

EID: 33847050884     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp064091j     Document Type: Article

References (104)

1. Richter-Addo, G. B.; Legzdins, P.; Burstyn, J. Chem. Rev. 2002, 102, 857.
2. Beltran, B.; Quintero, M.; Garcia-Zaragoza, E.; O'Connor, E.; Esplugues, J. V.; Moncada, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 8892.
3. (a) Garthwaite, J. Trends Neurosci. 1991, 14, 60.
4. (b) Dawson, T.; Dawson, D.; Synder, S. Ann. Neurol. 1992, 32, 297.
5. Austin, R. H.; Beeson, K. W.; Eisenstein, L.; Frauenfelder, H.; Gunsalus, I. C. Biochemistry 1975, 14, 5355.
6. Cornelius, P. A.; Hochstrasser, R. M.; Steele, A. W. J. Mol. Biol. 1983, 163, 119.
7. Petrich, J. W.; Lambry, J. C.; Kuczera, K.; Karplus, M.; Poyart, C.; Martin, J. L. Biochemistry 1991, 30, 3975.
8. (a) 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.
9. (b) Ye, X.; Demidov, A.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5914.
10. Petrich, J. W.; Lambry, J. C.; Balasubramanian, S.; Lambright, D. G.; Boxer, S. G.; Martin, J. L. J. Mol. Biol. 1994, 238, 437.
11. Walda, K. N.; Liu, X. Y.; Sharma, V. S.; Magde, D. Biochemistry 1994, 33, 2198.
12. Olson, J. S.; Phillips, G. N. J. Biol. Chem. 1996, 271, 17593.
13. Alberding, N.; Austin, R. H.; Beeson, K. W.; Chan, S. S.; Eisenstein, L.; Frauenfelder, H.; Nordlund, T. M. Science 1976, 192, 1002.
14. Lamb, D. C.; Ostermann, A.; Prusakov, V. E.; Parak, F. G. Eur. Biophys. J. Biophys. Lett. 1998, 27, 113.
15. Lamb, D. C.; Prusakov, V.; Engler, N.; Ostermann, A.; Schellenberg, P.; Parak, F. G.; Nienhaus, G. U. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2981.
16. Ionascu, D.; Gruia, F.; Ye, X.; Yu, A. C.; Rosca, F.; Beck, C.; Demidov, A.; Olson, J. S.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16921.
17. Nutt, D. R.; Karplus, M.; Meuwly, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 21118.
18. Greene, B. I.; Hochstrasser, R. M.; Weisman, R. B.; Eaton, W. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1978, 75, 5255.
19. Petrich, J. W.; Poyart, C.; Martin, J. L. Biochemistry 1988, 27, 4049.
20. Harvey, J. N.; Poli, R.; Smith, K. M. Coord. Chem. Rev. 2003, 238, 347.
21. Poli, R.; Harvey, J. N. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 1.
22. Smith, K. M.; Poli, R.; Harvey, J. N. New J. Chem. 2000, 24, 77.
23. (a) Smith, K. M.; Poli, R.; Harvey, J. N. Chem.-Eur. J. 2001, 7, 1679.
24. (b) Harvey, J. N.; Aschi, M. Faraday Discuss. 2003, 124, 129.
25. (A) Green, J. C.; Harvey, J. N.; Poli, R. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2002, 1861.
26. (b) Harvey, J. N.; Poli, R. Dalton Trans. 2003, 4100.
27. Carreón-Macedo, J.-L.; Harvey, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5789.
28. (a) Bytheway, I.; Hall, M. B. Chem. Rev. 1994, 94, 639.
29. (b) Vogel, K. M.; Kozlowski, P. M.; Zgierski, M. Z.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9915.
30. (c) Marechal, J. D.; Barea, G.; Maseras, F.; Lledos, A.; Mouawad, L.; Perahia, D. J. Comput. Chem. 2000, 21, 282.
31. (d) Rovira, C.; Parrinello, M. Biophys. J. 2000, 78, 93.
32. (e) Spiro, T. G.; Zgierski, M. Z.; Kozlowski, P. M. Coord. Chem. Rev. 2001, 219, 923.
33. (f) Zhang, Y.; Gossman, W.; Oldfield, E. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 16387.
34. (g) Rydberg, P.; Sigfridsson, E.; Ryde, U. J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9, 203.
35. (a) Jewsbury, P.; Yamamoto, S.; Minato, T.; Saito, M.; Kitagawa, T. J. Phys. Chem. 1995, 99, 12677.
36. (b) Menyhard, D. K.; Keseru, G. M. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 7991.
37. (c) Rovira, C.; Parrinello, M. Chem.-Eur. J. 1999, 5, 250.
38. (d) De Angelis, F.; Jarzecki, A. A.; Car, R.; Spiro, T. G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3065.
39. Rovira, C.; Kunc, K.; Hutter, J.; Ballone, P.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 8914.
40. Maseras, F. New J. Chem. 1998, 22, 327.
41. Rovira, C.; Kunc, K.; Hutter, J.; Ballone, P.; Parrinello, M. Int. J. Quantum Chem. 1998, 69, 31.
42. Sigfridsson, E.; Ryde, U. J. Biol. Inorg. Chem. 1999, 4, 99.
43. Harvey, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12401.
44. McMahon, B. H.; Stojkovic, B. P.; Hay, P. J.; Martin, R. L.; Garcia, A. E. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6831.
45. (a) Rovira, C.; Schulze, B.; Eichinger, M.; Evanseck, J. D.; Parrinello, M. Biophys. J. 2001, 81, 435.
46. (b) Sigfridsson, E.; Ryde, U. J. Inorg. Biochem. 2002, 91, 101.
47. Franzen, S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4533.
48. Franzen, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 16754.
49. Scherlis, D. A.; Estrin, D. A. Int. J. Quantum Chem. 2002, 87, 158.
50. Jensen, K. P.; Ryde, U. J. Biol. Chem. 2004, 279, 14561.
51. Ugalde, J. M.; Dunietz, B.; Dreuw, A.; Head-Gordon, M.; Boyd, R. J. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 4653.
52. Blomberg, L. M.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 949.
53. Strickland, N.; Mulholland, A. J.; Harvey, J. N. Biophys. J. 2006, 90, L27-L29.
54. Harvey, J. N. Faraday Discuss. 2004, 127, 165.
55. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
56. Curtiss, L. A.; Raghavachari, K.; Redfern, P. C.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 1063.
57. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1999, 50, 221.
58. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem. Rev. 2000, 100, 421.
59. (a) Reiher, M.; Salomon, O.; Hess, B. A. Theor. Chem. Acc. 2001, 107, 48.
60. (b) Salomon, O.; Reiher, M.; Hess, B. A. J. Chem. Phys. 2002, 117, 4729.
61. (c) Harvey, J. N. Struct. Bonding (Berlin) 2004, 112, 151.
62. Perdew, J. D. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822.
63. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
64. (a) Choe, Y. K.; Nakajima, T.; Hirao, K.; Lindh, R. J. Chem. Phys. 1999, 111, 3837.
65. (b) Ghosh, A.; Taylor, P. R. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 113.
66. (c) Ghosh, A.; Persson, B. J.; Taylor, P. R. J. Biol. Inorg. Chem. 2003, 8, 507.
67. (d) Pierloot, K. Mol. Phys. 2003, 101, 2083.
68. Newton, J. E.; Hall, M. B. Inorg. Chem. 1984, 23, 4627.
69. Jaguar 6.0; Schrodinger, LLC: Portland, OR, 2005.
70. Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
71. Perdew, J. P.; Chevary, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Pederson, M. R.; Singh, D. J.; Fiolhais, C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671.
72. Edgecombe, K. E.; Becke, A. D. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 427.
73. MOLPRO; A package of ab inito programs designed by H.-J. Werner and P. J. Knowles with contributions from R. D. Amos, A. Bernhardsson, A. Berning, P. Celani, D. L. Cooper, M. J. O. Deegan, A. J. Dobbyn, F. Eckert, C. Harmpel, G. Hetzer, P. J. Knowles, T. Korona, R. Lindh, A. W. Lloyd, S. J. McNicholas, F. R. Manby, W. Meyer, M. E. Mura, A. Nicklass, P. Palmieri, R. Pitzer, G. Rauhut, M. Schutz, U. Schumann, H. Stoll, A. J. Stone, R. Tarroni, T. Thorsteinsson, and H.-J. Werner University of Birmingham: Birmingham, UK, 2002.
74. Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007.
75. Ricca, A.; Bauschlicher, C. W. Theor. Chem. Acc. 2001, 106, 314.
76. Helgaker, T.; Klopper, W.; Koch, H.; Noga, J. J. Chem. Phys. 1997, 106, 9639.
77. Harvey, J. N.; Aschi, M.; Schwarz, H.; Koch, W. Theor. Chem. Acc. 1998, 99, 95.
78. Watts, J. D.; Urban, M.; Bartlett, R. J. Theor. Chim. Acta 1995, 90, 341.
79. Lee, T. J.; Taylor, P. R. Int. J. Quantum Chem., Quantum Chem. Symp. 1989, 23, 199.
80. Projahn, H. D.; Van Eldik, R. Inorg. Chem. 1991, 30, 3288.
81. Momenteau, M.; Reed, C. A. Chem. Rev. 1994, 94, 659.
82. Jameson, G. B.; Rodley, G. A.; Robinson, W. T.; Gagne, R. R.; Reed, C. A.; Collman, J. P. Inorg. Chem. 1978, 17, 850.
83. Jameson, G. B.; Molinaro, F. S.; Ibers, J. A.; Collman, J. P.; Brauman, J. I.; Rose, E.; Suslick, K. S. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 3224.
84. Vojtechovsky, J.; Chu, K.; Berendzen, J.; Sweet, R. M.; Schlichting, 1. Biophys. J. 1999, 77, 2153.
85. Peng, S. M.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 8032.
86. Scheidt, W. R.; Piciulo, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 1913.
87. Kachalova, G. S.; Popov, A. N.; Bartunik, H. D. Science 1999, 284, 473.
88. Kozlowski, P. M.; Spiro, T. G.; Zgierski, M. Z. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10659.
89. Liao, M. S.; Scheiner, S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 3635.
90. Perutz, M. F. Nature 1970, 228, 726.
91. Springer, B. A.; Sligar, S. G.; Olson, J. S.; Phillips, G. N. Chem. Rev. 1994, 94, 699.
92. (a) Vitkup, D.; Petsko, G. A.; Karplus, M. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 202.
93. (b) Nutt, D. R.; Meuwly, M. Biophys. J. 2003, 85, 3612.
94. (c) Nutt, D. R.; Meuwly, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 5998.
95. Lamb, D. C.; Kriegl, J.; Kastens, K.; Nienhaus, G. U. J. Phys. Org. Chem. 2000, 13, 659.
96. Olson, J. S.; Phillips, G. N. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 544.
97. Chen, O. N.; Groh, S.; Liechty, A.; Ridge, D. P. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11910.
98. (a) Meuwly, M.; Becker, O. M.; Stote, R.; Karplus, M. Biophys. Chem. 2002, 98, 183.
99. (b) Kim, S.; Jin, G.; Lim, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 20366.
100. (c) Meuwly, M.; Nutt, D. R. Biophys. J. 2006, 90, 1191.
101. (a) Kaupp, M.; Rovira, C.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 5200.
102. (b) Jensen, K. P.; Roos, B. O.; Ryde, U. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 978.
103. (a) Weiss, J. J. Nature 1964, 202, 83.
104. (b) Goddard, W. A.; Olafson, B. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1975, 72, 2335.