Low-frequency mode activity of heme: Femtosecond coherence spectroscopy of iron porphine halides and nitrophorin

Journal of the American Chemical Society

Volumn 130, Issue 30, 2008, Pages 9800-9811

  Kubo, Minoru ^a,c   Gruia, Flaviu ^a   Benabbas, Abdelkrim ^a   Barabanschikov, Alexander ^a   Montfort, William R ^b   Maes, Estelle M ^b   Champion, Paul M ^a  

^a NORTHEASTERN UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF ARIZONA   (United States)

^c UNIVERSITY OF HYOGO   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DENSITY-FUNCTIONAL THEORY (DFT); FEMTO SECONDS; FRANCK-CONDON; JAHN TELLER; LOW FREQUENCY (LF); METALLOPORPHYRINS (MP); NITROPHORIN; NITROPHORIN 4; PORPHINE; RESONANCE CONDITIONS; RESONANCE RAMAN (RR) SPECTROSCOPY; SYMMETRY SELECTION RULES;

ARCHITECTURAL ACOUSTICS; COHERENT LIGHT; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DISCRETE FOURIER TRANSFORMS; PORPHYRINS; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; RAMAN SCATTERING; RESONANCE;

IRON;

HALIDE; HEMOPROTEIN; METALLOPORPHYRIN; NITROGEN OXIDE; NITROPHORIN; PORPHINE IRON;

ARTICLE; CHEMICAL REACTION; DATA ANALYSIS; FREQUENCY ANALYSIS; PHOTOLYSIS; RAMAN SPECTROMETRY;

BROMIDES; CHLORIDES; FERRIC COMPOUNDS; HEME; HEMEPROTEINS; METALLOPORPHYRINS; MODELS, MOLECULAR; SALIVARY PROTEINS AND PEPTIDES; SPECTRUM ANALYSIS, RAMAN;

EID: 48249130419     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja800916d     Document Type: Article

References (92)

1. Ansari, A.; Berendzen, J.; Bowne, S. F.; Frauenfelder, H.; Iben, I. E. T.; Sauke, T. B.; Shyamsunder, E.; Young, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985, 82, 5000-5004.
2. Frauenfelder, H.; Slinger, S. G.; Wolynes, P. G. Science 1991, 254, 1598-1603.
3. Amadei, A.; Linssen, A. B. M.; Berendsen, H. J. C. Proteins 1993, 17, 412-425.
4. Kitao, A.; Go, N. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 9, 164-169.
5. Goh, C.-S.; Milburn, D.; Gerstein, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004, 14, 104-109.
6. Wang, Q.; Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1994, 266, 422-424.
7. Kobayashi, T.; Saito, T.; Ohtani, H. Nature 2001, 414, 531-534.
8. Vos, M. H.; Lambry, J. C.; Robles, S. J.; Youvan, D. C.; Breton, J.; Martin, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci.U.S.A. 1991, 88, 8885-8889.
9. Vos, M. H.; Rischel, C.; Jones, M. R.; Martin, J. L. Biochemistry 2000, 39, 8353-8361.
10. Nakashima, S.; Nagasawa, Y.; Seike, K.; Okada, T.; Sato, M.; Kohzuma, T. Chem. Phys. Lett. 2000, 331, 396-402.
11. Liebl, U.; Lipowski, G.; Negrerie, M.; Lambry, J. C.; Martin, J. L.; Vos, M. H. Nature 1999, 401, 181-184.
12. Champion, P. M.; Rosca, F.; Ionascu, D.; Cao, W.; Ye, X. Faraday Discuss. 2004, 127, 123-135.
13. Champion, P. M. Science 2005, 310, 980-982.
14. Ye, X.; Ionascu, D.; Gruia, F.; Yu, A.; Benabbas, A.; Champion, P. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 14682-14687.
15. Senge, M. Porphyrin Handbook 2000, 1, 239-348.
16. Barkigia, K. M.; Chantranupong, L.; Smith, K. M.; Fajer, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 7566-7567.
17. Ravikanth, M.; Chandrashekar, T. K. Struct. Bonding (Berlin) 1995, 82, 105-188.
18. Shelnutt, J. A.; Song, X.-Z.; Ma, J.-G.; Jia, S.-L.; Jentzen, W.; Medforth, C. J. Chem. Soc. Rev. 1998, 27, 31-41.
19. Jentzen, W.; Song, X.-Z.; Shelnutt, J. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1684-1699.
20. Jentzen, W.; Ma, J.-G.; Shelnutt, J. A. Biophys. J. 1998, 74, 753-763.
21. Srajer, V.; Reinisch, L.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6656-6670.
22. Perutz, M. F. Annu. Rev. Biochem. 1979, 48, 327-386.
23. Perutz, M. F.; Wilkinson, A. J.; Paoli, M.; Dodson, G. G. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1998, 27, 1-34.
24. Ionascu, D.; Gruia, F.; Ye, X.; Yu, A.; Rosca, F.; Beck, C.; Demidov, A.; Olson, J. S.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16921-16934.
25. Walker, F. A. Coord. Chem. Rev. 1999, 185-186, 471-534.
26. Walker, F. A. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 216-236.
27. Roberts, S. A.; Weichsel, A.; Qiu, Y.; Shelnutt, J. A.; Walker, F. A.; Montfort, W. R. Biochemistry 2001, 40, 11327-11337.
28. Maes, E. M.; Roberts, S. A.; Weichsel, A.; Montfort, W. R. Biochemistry 2005, 44, 12690-12699.
29. Hobbs, J. D.; Shelnutt, J. A. J. Protein Chem. 1995, 14, 19-25.
30. Mukamel, S. In Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995; Chapter 11.
31. Dantus, M.; Bowman, R. M.; Zewail, A. H. Nature 1990, 343, 737-739.
32. Pollard, W. T.; Dexheimer, S. L.; Wang, Q.; Peteanu, L. A.; Shank, C. V.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1992, 96, 6147-6158.
33. Scherer, N. F.; Ziegler, L. D.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5544-5547.
34. Dhar, L.; Rogers, J. A.; Nelson, K. A. Chem. Rev. 1994, 94, 157-193.
35. Zhu, L.; Sage, J. T.; Champion, P. M. Science 1994, 266, 629-632.
36. Jonas, D. M.; Bradforth, S. E.; Passino, S. A.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1995, 99, 2594-2608.
37. Vos, M. H.; Martin, J. L. Biochim. Biophys. Acta 1999, 1411, 1-20.
38. Zewail, A. H. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 5660-5694.
39. Kumar, A. T. N.; Rosca, F.; Widom, A.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 701-724.
40. Kumar, A. T. N.; Rosca, F.; Widom, A.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 6795-6815.
41. Giraud, G.; Karolin, J.; Wynne, K. Biophys. J. 2003, 85, 1903-1913.
42. Kubo, M.; Mori, Y.; Otani, M.; Murakami, M.; Ishibashi, Y.; Yasuda, M.; Hosomizu, K.; Miyasaka, H.; Imahori, H.; Nakashima, S. Chem. Phys. Lett. 2006, 429, 91-96.
43. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ye, X.; Sjodin, T.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4280-4290.
44. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ionascu, D.; Ye, X.; Demidov, A. A.; Sjodin, T.; Wharton, D.; Barrick, D.; Sligar, S. G.; Yonetani, T.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3540-3552.
45. Gruia, F.; Kubo, M.; Ye, X.; Champion, P. M. Biophys. J. 2008, 94, 2252-2268.
46. Gruia, F.; Kubo, M.; Ye, X.; Ionascu, D.; Lu, C.; Poole, R. K.; Yeh, S.-R.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5231-5244.
47. Wang, W.; Ye, X.; Demidov, A. A.; Rosea, F.; Sjodin, T.; Cao, W.; Sheeran, M.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10789-10801.
48. Gruia, F.; Ionascu, D.; Kubo, M.; Ye, X.; Dawson, J.; Osborne, R. L.; Sligar, S. G.; Denisov, I.; Das, A.; Poulos, T. L.; Terner, J.; Champion, P. M. Biochemistry 2008, 47, 5156-5167.
49. Montfort, W. R.; Weichsel, A.; Andersen, J. F. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1482, 110-118.
50. Andersen, J. F.; Champagne, D. E.; Weichsel, A.; Ribeiro, J. M.; Balfour, C. A.; Dress, V.; Montfort, W. R. Biochemistry 1997, 36, 4423-4428.
51. Andersen, J. F.; Weichsel, A.; Balfour, C. A.; Champagne, D. E.; Montfort, W. R. Structure 1998, 6, 1315-1327.
52. Frisch, M. J.; et al. Gaussian 03, Revision D.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
53. Schäfer, A.; Horn, H.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1992, 97, 2571-2577.
54. Spiro, T. G.; Kozlowski, P. M.; Zgierski, M. Z. J. Raman Spectrosc 1998, 29, 869-879.
55. Tang, J.; Albrecht, A. C. In Raman Spectroscopy; Szymanski, H. A., Ed.; Plenum Press: New York, 1970; Vol. 2, pp 33-68.
56. Albrecht, A. C. J. Chem. Phys. 1961, 34, 1476-1484.
57. Spiro, T. G. Proc. R. Soc. Lond. A 1975, 345, 89-105.
58. Spiro, T. G.; Stein, P. Annu. Rev. Phys. Chem. 1977, 28, 501-521.
59. Bangcharoenpaurpong, O.; Schomacker, K. T.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5688-5698.
60. Stallard, B. R.; Callis, P. R.; Champion, P. M.; Albrecht, A. C. J. Chem. Phys. 1984, 80, 70-82.
61. Englman, R. The Jahn-Teller Effect in Molecules and Crystals; Wiley: London, 1972.
62. Shelnutt, J. A.; Cheung, L. D.; Chang, R. C. C.; Yu, N.-T.; Felton, R. H. J. Chem. Phys. 1977, 66, 3387-3398.
63. Cheung, L. D.; Yu, N.-T.; Felton, R. H. Chem. Phys. Lett. 1978, 55, 527-530.
64. Rush, T., III; Kumble, R.; Mukherjee, A.; Blackwood, J., M. E.; Spiro, T. G. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12076-12085.
65. Spiro, T. G.; Li, X.-Y. In Resonance Raman Spectra of Heme and Metalloproteins; Spiro, T. G., Ed.; Wiley: New York, 1988; pp 1-37.
66. Hendrickson, D. N.; Kinnaird, M. G.; Suslick, K. S. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 1243-1244.
67. Paulat, F.; Lehnert, N. Inorg. Chem. 2008, 47, 4963-4976.
68. Burke, J. M.; Kincaid, J. R.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 6077-6083.
69. Maes, E. M.; Walker, F. A.; Montfort, W. R.; Czernuszewicz, R. S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11664-11672.
70. Hu, S.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12638-12646.
71. Klug, D. D.; Zgierski, M. Z.; Tse, J. S.; Liu, Z.; Kincaid, J. R.; Czarnecki, K.; Hemley, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12526-12530.
72. Weichsel, A.; Andersen, J. F.; Roberts, S. A.; Montfort, W. R. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 551-554.
73. Berry, R. E.; Ding, X. D.; Shokhireva, T. K.; Weichsel, A.; Montfort, W. R.; Walker, F. A. J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9, 135-144.
74. Guex, N.; Peitsch, M. C. Electrophoresis 1997, 18, 2714-2723.
75. Ye, X.; Demidov, A.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5914-5924.
76. Teraoka, J.; Kitagawa, T. J. Biol. Chem. 1981, 256, 3969-3977.
77. Lu, C.; Mukai, M.; Lin, Y.; Wu, G.; Poole, R. K.; Yeh, S. R. J. Biol. Chem. 2007, 282, 25917-25928.
78. Fleischer, E. B.; Srivastava, T. S. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 2403-2405.
79. Cheng, R.-J.; Latos-Grazynski, L.; Balch, A. L. Inorg. Chem. 1982, 21, 2412-2418.
80. Jayaraj, K.; Gold, A.; Toney, G. E.; Helms, J. H.; Hatfield, W. E. Inorg. Chem. 1986, 25, 3516-3518.
81. Lühring, P.; Schumpe, A. J. Chem. Eng. Data 1989, 34, 250-252.
82. Hu, S.; Morris, I. K.; Singh, J. P.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 12446-12458.
83. Jordan, T.; Eads, J. C.; Spiro, T. G. Protein Sci. 1995, 4, 716-728.
84. Blackwood, J., M. E.; Rush, T. S.; Medlock, A.; Dailey, H. A.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12170-12174.
85. Li, D.; Stuehr, D. J.; Yeh, S. R.; Rousseau, D. L. J. Biol. Chem. 2004, 279, 26489-26499.
86. Huang, Q.; Schweitzer-Stenner, R. J. Raman Spectrosc. 2005, 36, 363-375.
87. Jarzecki, A. A.; Spiro, T. G. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 421-430.
88. Huang, Q.; Medforth, C. J.; Schweitzer-Stenner, R. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 10493-10502.
89. Berezhana, S.; Wohlrab, H.; Champion, P. M. Biochemistry 2003, 42, 6149-6158.
90. Page, J. B. In Light Scattering in Solids VI; Cardona, M., Guntherodt, G., Eds.; Springer: Berlin, 1991; p 17.
91. Morikis, D.; Li, P.; Bangcharoenpaurpong, O.; Sage, J. T.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3391-3398.
92. Sage, J. T.; Durbin, S. M.; Sturhahn, W.; Wharton, D. C.; Champion, P. M.; Hession, P.; Sutter, J.; Alp, E. E. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 4966-4969.