Refining the active site structure of iron-iron hydrogenase using computational infrared spectroscopy

Inorganic Chemistry

Volumn 47, Issue 7, 2008, Pages 2380-2388

  Tye, Jesse W ^a   Darensbourg, Marcetta Y ^a   Hall, Michael B ^a  

^a TEXAS A AND M UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

HYDROGEN; HYDROGENASE; IRON HYDROGENASE; IRON SULFUR PROTEIN;

ARTICLE; BINDING SITE; CALIBRATION; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; INFRARED SPECTROPHOTOMETRY; METABOLISM;

BINDING SITES; CALIBRATION; COMPUTER SIMULATION; HYDROGEN; HYDROGENASE; IRON-SULFUR PROTEINS; MODELS, MOLECULAR; SPECTROPHOTOMETRY, INFRARED;

EID: 42449096395     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic7013732     Document Type: Article

References (68)

1. Adams, M. W. W. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1020, 115-145.
2. Albracht, S. P. J. Biochim. Biophys. Acta 1994, 1188, 167-204.
3. Frey, M. Structure and Bonding; Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, 1998; Vol. 90, pp 98-126.
4. Lamle, S. E.; Vincent, K. A.; Halliwell, L. M.; Albracht, S. P. J.; Armstrong, F. A. Dalton Trans., 2003, 21, 4152-4157.
5. Mertens, R.; Liese, A. Curr. Opin. Biotech. 2004, 15, 343-348.
6. Vincent, K. A.; Cracknell, J. A.; Lenz, O.; Zebger, I.; Friedrich, B.; Armstrong, F. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 16951-16954.
7. Tye, J. W.; Hall, M. B.; Darensbourg, M. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 16911-16912.
8. Przybyla, A. E.; Robbins, J.; Menon, N.; Peck, H. D., Jr. FEMS Microbiol. Rev. 1992, 8, 109-135.
9. Garcin, E.; Vernede, X.; Hatchikian, E. C.; Volbeda, A.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. Structure 1999, 7, 557-566.
10. Teixeira, M.; Moura, I.; Xavier, A. V.; Huynh, B. H.; Der Vartanian, D. V.; Peck, H. D.; LeGall, J.; Moura, J. J. G. J. Biol. Chem. 1985, 260, 8942-8950.
11. Nicolet, Y.; Lemon, B. J.; Fontecilla-Camps, J. C.; Peters, J. W. Trends Biochem. Sci. 2000, 25, 138-143.
12. Peters, J. W. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 9, 670-676.
13. Seyferth, D.; Womack, G. B.; Gallagher, M. K.; Cowie, M.; Hames, B. W.; Fackler, J. P., Jr.; Mazany, A. M Organometallics 1987, 6, 283-294.
14. (a) Lyon, E. J.; Georgakaki, I. P.; Reibenspies, J. H.; Darensbourg, M. Y. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3178-3180.
15. (b) Le Cloirec, A.; Davies, S. C.; Evans, D. J.; Hughes, D. L.; Pickett, C. J.; Best, S. P.; Borg, S. Chem. Commun. 1999, 2285-2286.
16. (c) Schmidt, M.; Contakes, S. M.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9736-9737.
17. Peters, J. W.; Lanzilotta, W. N.; Lemon, B. J.; Seefedt, L. C. Science 1998, 282, 1853-1858
18. Lemon, B. J.; Peters, J. W. Biochemistry 1999, 39, 12969-12973.
19. Nicolet, Y.; Piras, C.; Legrand, P.; Hatchikian, C. E.; Fontecilla-Camps, J. C. Structure 1999, 7, 13-23.
20. Nicolet, Y.; De Lacey, A. L.; Vernede, X.; Fernandez, V. M.; Hatchikian, E. C.; Fontecilla-Camps, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1596-1601.
21. Rusnak, F. M.; Adams, M. W. W.; Mortenson, L. E.; Munck, E. J. Biol. Chem. 1987, 262, 38-41.
22. Popescu, C. V.; Munck, E. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7877-7884.
23. Pereira, A. S.; Tavares, P.; Moura, I.; Moura, J. J. G.; Huynh, B. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2771-2782.
24. Adams, M. W. W.; Mortenson, L. E. J. Biol. Chem. 1984, 259, 7045-7055.
25. Adams, M. W. W. J. Biol. Chem. 1987, 262, 15054-15061.
26. Zambrano, I. C.; Kowal, A. T.; Mortenson, L. E.; Adams, M. W. W.; Johnson, M. K. J. Biol. Chem. 1989, 264, 20974-20983.
27. Bennett, B.; Lemon, B. J.; Peters, J. W. Biochemistry 2000, 39, 7455-7560.
28. Albracht, S. P. J.; Roseboom, W.; Hatchikian, E. C. J. Biol. Inorg. Chem. 2006, 11, 88-101.
29. Pierik, A. T.; Hulstein, M.; Hagen, W. R.; Albracht, S. P. J. Eur. J. Biochem. 1998, 258, 572-578.
30. De Lacey, A. L.; Stadler, C.; Cavazza, C.; Hatchikian, E. C.; Fernandez, V. M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11232-11233.
31. Chen, Z.; Lemon, B. J.; Huang, S.; Swartz, D. J.; Peters, J. W.; Bagley, K. A. Biochemistry 2002, 41, 2036-2043.
32. Roseboom, W.; Lacey, A. L.; Fernandez, V. M.; Hatchikian, E. C.; Albracht, S. P. J. JBIC, J. Biol. Inorg. Chem. 2006, 11, 102-118.
33. Parkin, A.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C.; Armstrong, F. A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16808.
34. Cao, Z.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3734-3742.
35. Fiedler, A. T.; Brunold, T. C. Inorg. Chem. 2005, 44, 9322-9334.
36. Fan, H.-J.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3828-3829.
37. Liu, Z-P.; Hu, P. J. Am Chem. Soc. 2002, 124, 5175-5182.
38. Liu, Z.-P.; Hu, P. J. Chem. Phys. 2002, 117, 8177-8180.
39. Bruschi, M.; Fantucci, P.; De Gioia, L. Inorg. Chem. 2002, 41, 1421-1429.
40. Bruschi, M.; Fantucci, P.; De Gioia, L. Inorg. Chem. 2003, 42, 4773-4781.
41. Zhou, T.; Mo, Y.; Liu, A.; Zhou, Z.; Tsai, K. R. Inorg. Chem. 2004, 43, 923-930.
42. Zhou, T.; Mo, Y.; Zhou, Z.; Tsai, K. Inorg. Chem. 2005, 44, 4941-4946.
43. Zampella, G.; Greco, C.; Fantucci, P.; De Gioia, L. Inorg. Chem. 2006, 45, 4109-4118.
44. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652.
45. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. 1988, 37, 785-789.
46. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Kiene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision B.05; Gaussian, Inc.; Wallingford, CT, 2004.
47. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 284-298.
48. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 270-283.
49. Couty, M.; Hall, M. B. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1359-1370.
50. Ehlers, A. W.; Böhme, M.; Dapprich, S.; Gobbi, A.; Höllwarth, A.; Jonas, V.; Köhler, K. F.; Stegmann, R.; Veldkamp, A.; Veldkamp, A.; Frenking, G. Chem. Phys. Lett. 1993, 208, 111-114.
51. Höllwarth, A.; Böhme, M.; Dapprich, S.; Ehlers, A. W.; Gobbi, A.; Jonas, V.; Köhler, K. F.; Stegmann, R.; Veldkamp, A.; Frenking, G. Chem. Phys. Lett. 1993, 208, 237-240.
52. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta 1973, 28, 213-222.
53. Petersson, G. A.; Al-Laham, M. A. J. Chem. Phys. 1991, 94, 6081-6090.
54. Petersson, G. A.; Bennett, A.; Tensfeldt, T. G.; Al-Laham, M. A.; Shirley, W. A.; Mantzaris, J. J. Chem. Phys. 1988, 89, 2193-2218.
55. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257.
56. Nakamoto, K. IR and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, 5th ed.; Wiley-Interscience: New York, 1997; Parts A and B.
57. Scott, A. P.; Radom, L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 16502-16513.
58. Tye, J. W.; Darensbourg, M. Y.; Hall, M. B. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1454-1462.
59. Boyke, C. A.; Rauchfuss, T. B.; Wilson, S. R.; Rohmer, M.-M.; Benard, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15151-15160.
60. Silaghi-Dumitrescu, I.; Bitterwolf, T. E.; King, R. B. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5342-5343.
61. Zilberman, S.; Stiefel, E. I.; Cohen, M. H.; Car, R. Inorg. Chem. 2006, 45, 5715-5717.
62. The hydrogen atom of the bridgehead amine can be oriented either toward the distal iron center or away from it. In general, the orientation of this hydrogen has little effect on the predicted IR spectra, and in all of the cases presented in this text, the orientation of hydrogen indicated gives as good or better qualitative agreement with the experimentally determined IR spectrum than the other orientation.
63. Volbeda, A.; Martin, L.; Cavazza, C.; Matho, M.; Faber, B. W.; Roseboom, W.; Albracht, S. P. J.; Garcin, E.; Rousset, M.; Fontecilla-Camps, J. C. JBIC, J. Biol. Inorg. Chem. 2005, 10, 239-249.
64. Bernal, I.; Jensen, I. M.; Jensen, K. B.; McKenzie, C. J.; Toftlund, H.; Tuchagues, J.-P. Dalton Trans. 1995, 22, 3667-3675.
65. Laine, P.; Gourdon, A.; Launay, J.-P.; Tuchagues, J.-P. Inorg. Chem. 1995, 34, 5150-5155.
66. Landau, S. E.; Morris, R. H.; Lough, A. J. Inorg. Chem. 1999, 38, 6060-6068.
67. Pardo, A.; DeLacey, A. L.; Fernandez, V. M.; Fan, H.-J.; Fan, Y.; Hall, M. B. JBIC, J. Biol. Inorg. Chem. 2006, 11, 286-306.
68. Messelhäuser, J.; Gutensohn, K. U.; Lorenz, I.-P.; Hiller, W. J. Organomet. Chem. 1987, 321, 377-388.