Vibrational dynamics of iron in cytochrome c

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 7, 2009, Pages 2193-2200

  Leu, Bogdan M ^a,b   Ching, Tom H ^a   Zhao, Jiyong ^a,b   Stuhahn, Wolfgang ^a,b   Alp, E Ercan ^a,b   Sage, J Timothy ^a  

^a NORTHEASTERN UNIVERSITY   (United States)

^b ARGONNE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

HEMOGLOBIN; OXIDATION; PORPHYRINS; RAMAN SCATTERING; SPIN DYNAMICS; STIFFNESS;

CYTOCHROME C; DEOXY MYOGLOBINS; EFFECTIVE FORCES; FREQUENCY RANGES; ISOTOPE SHIFTS; MULTIPLE BANDS; NEAREST-NEIGHBOR INTERACTIONS; NUCLEAR RESONANCE VIBRATIONAL SPECTROSCOPIES; OXIDATION STATE; RAMAN SPECTRUM; VIBRATIONAL DENSITY OF STATE; VIBRATIONAL DYNAMICS; VIBRATIONAL MODES;

RAMAN SPECTROSCOPY;

EID: 65249161729     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp806574t     Document Type: Article

References (92)

1. Berg, J.; Tymoczko, J.; Stryer, L. Biochemistry, 5th ed.; Freeman and Co.: New York, 2002.
2. Scott, R. A.; A. G. Mauk, E. Cytochrome c: A Multidisciplinary Approach; University Science Books: Sausalito, 1996.
3. Moore, G. R.; Pettigrew, G. W. Cytochromes c: Biological Aspects; Springer-Verlag: New York, 1987.
4. Moore, G. R.; Pettigrew, G. W. Cytochromes c: Evolutionary, Structural, and Physicochemical Aspects; Springer-Verlag: New York, 1990.
5. Jiang, X.; Wang, X. Annu. Rev. Biochem. 2004, 73, 87-106.
6. Bayir, H.; Fadeel, B.; Palladino, M. J.; Witasp, E.; Kurnikov, I. V.; Tyurina, Y. Y.; Tyurin, V. A.; Amoscato, A. A.; Jiang, J.; Kochanek, P. M.; DeKosky, S. T.; Greenberger, J. S.; Shvedova, A. A.; Kagan, V. E. Biochim. Biophys. Acta 2006, 1757, 648-659.
7. Banci, L.; Bertini, I.; Gray, H. B.; Luchinat, C.; Reddig, T.; Rosato, A.; Turano, P. Biochemistry 1997, 36, 9867-9877.
8. Banci, L.; Bertini, I.; Huber, J. G.; Spyroulias, G. A.; Turano, P. J. Biol. Inorg. Chem. 1999, 4, 21-31.
9. Feng, Y.; Roder, H.; Englander, S. W. Biochemistry 1990, 29, 3494-3504.
10. Gao, Y.; Boyd, J.; Pielak, G. J.; Williams, R. J. P. Biochemistry 1991, 30, 1928-1934.
11. Qi, P. X.; Beckman, R. A.; Wand, A. J. Biochemistry 1996, 35, 12275-12286.
12. Louie, G. V.; Brayer, G. D. J. Mol. Biol. 1990, 214, 527-555.
13. Berghuis, A. M.; Brayer, G. D. J. Mol. Biol. 1992, 223, 959-976.
14. Takano, T.; Dickerson, R. E. J. Mol. Biol. 1981, 153, 95-115.
15. Takano, T.; Dickerson, R. E. J. Mol. Biol. 1981, 153, 79-94.
16. Sanishvili, R.; Volz, K.; Westbrook, E.; Margoliash, E. Structure 1995, 3, 707-16.
17. Cheng, M.-C.; Rich, A. M.; Armstrong, R. S.; Ellis, P. J.; Lay, P. A. Inorg. Chem. 1999, 38, 5703-5708.
18. Trewhella, J.; Carlson, V. A. P.; Curtis, E. H.; Heidorn, D. B. Biochemistry 1988, 27, 1121-1125.
19. Tiede, D. M.; Zhang, R.; Seifert, S. Biochemistry 2002, 41, 6605-6614.
20. Schejter, A. Cytochrome c: A Multidisciplinary Approach; University Science Books: Sausalito, CA, 1996; Chapter 8, p 335.
21. Hildebrandt, P.; Pielak, G. J.; Williams, R. J. P. Eur. J. Biochem. 1991, 201, 211-216.
22. Droghetti, E.; Oellerich, S.; Hildebrandt, P.; Smulevich, G. Biophys. J. 2006, 91, 3022-3031.
23. Takahashi, S.; Yeh, S.-R.; Das, T. K.; Chan, C.-K.; Gottfried, D. S.; Rousseau, D. L. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 44-50.
24. Yeh, S.-R.; Rousseau, D. L. J. Biol. Chem. 1999, 274, 17853-17859.
25. Sturhahn, W.; Toellner, T. S.; Alp, E. E.; Zhang, X.; Ando, M.; Yoda, Y.; Kikuta, S.; Seto, M.; Kimball, C. W.; Dabrowski, B. Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 3832-3835.
26. Zeng, W.; Silvernail, N. J.; Scheidt, W. R.; Sage, J. T. In Applications of Physical Methods to Inorganic and Bioinorganic Chemistry; Scott, R. A., Lukehart, C. M., Eds.; John Wiley & Sons, Ltd.: Chichester, UK, 2007; pp 401-421.
27. Sturhahn, W. J. Phys.: Condens. Matter 2004, 16, S497-S530.
28. Sage, J. T.; Paxson, C.; Wyllie, G. R. A.; Sturhahn, W.; Durbin, S. M.; Champion, P. M.; Alp, E. E.; Scheidt, W. R. J. Phys.: Condens. Matter 2001, 13, 7707-7722.
29. Bergmann, U.; Sturhahn, W.; Linn, D. E.; Jenney, F. E.; Adams, M. W.; Rupnik, K.; Hales, B. J.; Alp, E. E.; Mayse, A.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4016-4017.
30. Chumakov, A. I.; Sergueev, I.; van Bürck, U.; Schirmacher, W.; Asthaller, T.; Rüffer, R.; Leupold, O.; Petry, W. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 245508.
31. Tse, J.; Klug, D.; Zhao, J.; Sturhahn, W.; Alp, E.; Baumert, J.; Gutt, C.; Johnson, M.; Press, W. Nat. Mater. 2005, 4, 917-921.
32. Giefers, H.; Tanis, E. A.; Rudin, S. P.; Greeff, C.; Ke, X.; Chen, C. F.; Nicol, M. F.; Pravica, M.; Pravica, W.; Zhao, J.; Alatas, A.; Lerche, M.; Sturhahn, W.; Alp, E. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 245502.
33. 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.
34. Zeng, W.; Silvernail, N. J.; Wharton, D. C.; Georgiev, G. Y.; Leu, B. M.; Scheidt, W. R.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Sage, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11200-11201.
35. Zeng, W.; Barabanschikov, A.; Zhang, Y.; Zhao, J.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Sage, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1816-1817.
36. Leu, B. M.; Silvernail, N. J.; Zgierski, M. Z.; Wyllie, G. R. A.; Ellison, M. K.; Scheidt, W. R.; Zhao, J.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Sage, J. T. Biophys. J. 2007, 92, 3764-3783.
37. Leu, B. M.; Zhang, Y.; Bu, L.; Straub, J. E.; Zhao, J.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Sage, J. T. Biophys. J. 2008, 95, 5874-5889.
38. Morell, D. B.; Stewart, M. Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. 1956, 34, 211-217.
39. Vanderkooi, J. M.; Adar, F.; Erecinska, M. Eur. J. Biochem. 1976, 64, 381-387.
40. Dickinson, L. C.; Chien, J. C. W. Biochemistry 1975, 14, 3526-3534.
41. Vanderkooi, J. M.; Landesburg, R.; Hayden, G. W.; Owen, C. S. Eur. J. Biochem. 1977, 81, 339-347.
42. Leu, B. M. Nuclear resonance vibrational spectroscopy: A quantitative picture of iron dynamics in heme proteins and model compounds. PhD Thesis, Northeastern University, 2006.
43. Schomacker, K. T.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 1989, 90, 5982-5993.
44. Seto, M.; Yoda, Y.; Kikuta, S.; Zhang, X. W.; Ando, M. Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 3828-3831.
45. Sturhahn, W. Hyperfine Interact. 2000, 125, 149-172.
46. Leu, B. M.; Zgierski, M. Z.; Wyllie, G. R. A.; Scheidt, W. R.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Durbin, S. M.; Sage, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4211-4227.
47. Leu, B. M.; Zgierski, M. Z.; Wyllie, G. R. A.; Ellison, M. K.; Scheidt, W. R.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Durbin, S. M.; Sage, J. T. J. Phys. Chem. Solids 2005, 66, 2250-2256.
48. Lipkin, H. J. Phys. Rev. B 1995, 52, 10073-10079.
49. Adams, K. L.; Tsoi, S.; Yan, J.; Durbin, S. M.; Ramdas, A. K.; Cramer, W. A.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Schulz, C. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 530-536.
50. Badger, R. M. J. Chem. Phys. 1935, 3, 710-714.
51. Dyer, R. B.; Woodruff, W. H. In Applications of Physical Methods to Inorganic and Bioinorganic Chemistry; Scott, R. A., Lukehart, C. M., Eds.; John Wiley & Sons, Ltd.: Chichester, UK, 2007; pp 001-024.
52. Green, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1902-1906.
53. Xu, C.; Spiro, T. G. J. Biol. Inorg. Chem. 2008, 13, 613-621.
54. Xiao, Y.; Wang, H.; George, S. J.; Smith, M. C.; Adams, M.W.W.; Jenney, F. E.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Zhao, J.; Yoda, Y.; Dey, A.; Solomon, E. I.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14596-14606.
55. Chance, M. R.; Miller, L. M.; Fischetti, R. F.; Scheuring, E.; Huang, W.-X.; Sclavi, B.; Hai, Y.; Sullivan, M. Biochemistry 1996, 35, 9014-9023.
56. Hsu, I.-J.; Shiu, Y.-J.; Jeng, U.-S.; Chen, T.-H.; Huang, Y.-S.; Lai, Y.-H.; Tsai, L.-N.; Jang, L.-Y.; Lee, J.-F.; Lin, L.-J.; Lin, S.-H.; Wang, Y. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 9286-9290.
57. Giachini, L.; Francia, F.; Cordone, L.; Boscherini, F.; Venturoli, G. Biophys. J. 2007, 92, 1350-1360.
58. Brehm, G.; Reiher, M.; Schneider, S. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 12024-12034.
59. Ronayne, K. L.; Paulsen, H.; Hofer, A.; Dennis, A. C.; Wolny, J. A.; Chumakov, A. I.; Schunemann, V.; Winkler, H.; Spiering, H.; Bousseksou, A.; Gutlich, P.; Trautwein, A. X.; McGarvey, J. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 8, 4685-4693.
60. Hildebrandt, P. Cytochrome c: A Multidisciplinary Approach; University Science Books: Sausalito, CA, 1996; pp 285-314.
61. Schomacker, K. Absorption, resonant Rayleigh and resonance Raman properties of cytochrome c. PhD Dissertation, Department of Physics, Northeastern University, 1987.
62. Hu, S.; Morris, I. K.; Singh, J. P.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 12446-12458.
63. Argade, P. V.; Sassaroli, M.; Rousseau, D. L.; Inubushi, T.; Ikeda-Saito, M.; Lapidot, A. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 6593-6596.
64. Hirota, S.; Mizoguchi, Y.; Yamauchi, O.; Kitagawa, T. J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 217-221.
65. Champion, P. M.; Stallard, B.; Wagner, G. C.; Gunsalus, I. C. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5469-5472.
66. Bangcharoenpaurpong, O.; Champion, P. M.; Hall, K.; Hager, L. P. Biochemistry 1986, 25, 2374-2378.
67. Maes, E. M.; Walker, F. A.; Montfort, W. R.; Czernuszewicz, R. S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11664-11672.
68. Heering, A.; Smith, A. T.; Smulevich, G. Biochem. J. 2002, 363, 571-579.
69. 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.
70. Friedman, J. M.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. 1973, 1, 457-467.
71. Hildebrandt, P. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1040, 175-186.
72. Hon-Nami, K.; Kihara, H.; Kitagawa, T.; Miyazawa, T.; Oshima, T. Eur. J. Biochem. 1980, 110, 217-223.
73. Abe, M.; Kitagawa, T.; Kyogoku, Y. J. Chem. Phys. 1978, 69, 4526-4534.
74. Hu, S.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12638-12646.
75. Berezhna, S.; Wohlrab, H.; Champion, P. M. Biochemistry 2003, 42, 6149-6158.
76. Dopner, S.; Hildebrandt, P.; Rosell, F. I.; Mauk, A. G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 11246-11255.
77. Hirota, S.; Suzuki, M.; Watanabe, Y. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004, 314, 452-458.
78. Oshio, H.; Ama, T.; Watanabe, T.; Nakamoto, K. Inorg. Chim. Acta 1985, 96, 61-66.
79. Desbois, A. Biochimie 1994, 76, 693-707.
80. Wells, A. V.; Sage, J. T.; Morikis, D.; Champion, P. M.; Chiu, M. L.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 9655-9660.
81. Cartling, B. Biophys. J. 1983, 43, 191-205.
82. Desbois, A.; Lutz, M. Proceedings of the XIth International Conference on Raman Spectroscopy, Tokyo; The Chemical Society of Japan: Tokyo, 1984; pp 480-481.
83. Vogel, K. M.; Kozlowski, P. M.; Zgierski, M. Z.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9915-9921.
84. Kozlowski, P. M.; Spiro, T. G.; Zgierski, M. Z. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10659-10666.
85. Rush, T. S., III.; Kozlowski, P. M.; Piffat, C. A.; Kumble, R.; Zgierski, M. Z.; Spiro, T. G. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 5020-5034.
86. Paulat, F.; Praneeth, V. K. K.; Nather, C.; Lehnert, N. Inorg. Chem. 2006, 45, 2835-2856.
87. Keppler, C.; Achterhold, K.; Ostermann, A.; van Bürck, U.; Potzel, W.; Chumakov, A. I.; Baron, A. Q.; Rüffer, R.; Parak, F. Eur. Biophys. J. 1997, 25, 221-224.
88. Achterhold, K.; Keppler, C.; Ostermann, A.; van Bürck, U.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Parak, F. G. Phys. Rev. E 2002, 65, 051916.
89. Berman, H. M.; Westbrook, J.; Feng, Z.; Gilliland, G.; Bhat, T. N.; Weissig, H.; Shindyalov, I. N.; Bourne, P. E. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 235-242.
90. Bushnell, G. W.; Louie, G. V.; Brayer, G. D. J. Mol. Biol. 1990, 214, 585-595.
91. Sayle, R.; Milner-White, E. J. Trends Biochem. Sci. 1995, 20, 374.
92. Portman, S.; Lüthi, H. P. Chimia 2000, 54, 766-770.