ONIOM calculation on azurin: Effect of metal ion substitutions

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 113, Issue 30, 2009, Pages 8615-8625

  Rajapandian, V ^a   Hakkim, V ^a   Subramanian, V ^a  

^a CENTRAL LEATHER RESEARCH INSTITUTE   (India)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AZURINS; METAL ION BINDING; METAL ION SUBSTITUTION; METALLO-PROTEINS; ONIOM APPROACH; SPECTRAL PROPERTIES; TWO LAYERS;

BINDING ENERGY; BINDING SITES; METAL IONS; MOLECULAR MECHANICS; MOLECULAR ORBITALS;

METALS;

AZURIN; COBALT; COPPER; ION; METALLOPROTEIN; NICKEL; ZINC;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; QUANTUM THEORY;

AZURIN; COBALT; COMPUTER SIMULATION; COPPER; IONS; METALLOPROTEINS; MODELS, CHEMICAL; NICKEL; QUANTUM THEORY; ZINC;

EID: 67651171398     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp900451f     Document Type: Article

References (121)

1. (a) Messerschmidt, A.; Huber, R.; Poulos, T.; Wieghardt, K. Handbook of Metalloproteins; John Wiley & Sons: New York, 2001.
2. (b) Bertini, I.; Gray, H. B.; Lippard, S. J.; Valentine, J. S. Bioinorganic Chemistry; Viva Publications: New Delhi, 2004.
3. (c) Roat-Malone, R. M. Bioinorganic Chemistry; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ. 2007.
4. Swart, M. Density functional theory applied to copper proteins. Ph.D. Thesis, Rijkuniversiteit Groningen, Groningen, 2002.
5. (a) Datta, S. N.; Sudhamsu, J.; Pandey, A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8007-8016.
6. (b) Barone, V.; De Rienzo, F.; Langella, E.; Menziani, M. C.; Rega, N.; Sola, M. Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2006, 62, 262-269.
7. (c) Li, H.; Webb, S. P.; Jvanic, J.; Jensen, J. H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8010-8019.
8. (a) Adman, E. T. Adu. Protein Chem. 1991, 42, 145-149.
9. (b) Ryde, U.; Olsson, M. H. M. Int. J. Quantum Chem. 2001, 81, 335-347.
10. (c) Lu, Y.; Berry, S. M.; Pfister, T. D. Chem. Rev. 2001, 101, 3047-3080.
11. (d) van Gastel, M.; Coremans, J. W. A.; Sommerdijk, H.; van Hemert, M. C.; Groenen, E. J. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 2035-2041.
12. (a) Lu. Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 5588-5601.
13. (b) Solomon. E. I. Inorg. Chem. 2006, 45, 8012-8025.
14. (a) Wilson, M. T.; Greenwood, C.; Brunori, M.; Antonini, E. Biochem. J. 1975, 145, 449-457.
15. (b) Antonini, E.; Finazzi-Agro, A.; Avigliano, L.; Guerrieri, P.; Rotilio, G.; Mondovi, B. J. Biol. Chem. 1970, 245, 4847-4856.
16. (c) van de Kamp, M.; Silvestrini, M. C.; Brunori, M.; Beeumen, J. V.; Hali, F. C.; Canters, G. W. Eur. J. Biochem. 1990, 194, 109-118.
17. (d) Romling, U.; Karen, D.; Schmidt, Tummeler, B. FEMS Mcrobiol. Lett. 1997, 150, 149-156.
18. (e) Nelson, D. L.; Cox, M. M. Lehninger Principles of Biochemistry; Macmillan Publications: New Delhi, 2000.
19. (a) Dennison, C. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 3025-3054.
20. (b) Bizzarri, A. R.; Brunori, E.; Bonanni, B.; Cannisttaro, S. J. Mol. Recognit. 2007, 20, 122-131.
21. (a) Nar, H.; Messersschmidt, A.; Huber, R.; van de Kamp, M.; Canters, G. W. J. Mol. Biol. 1991, 221, 765-772.
22. (b) Nar, H.; Messer-schmidt, A.; Huber, R.; van de Kamp, M.; Canters, G. W. FEBS Lett. 1992, 306, 119-24.
23. (a) Borger, B.; Gutschank, J.; Suter, D.; Thomson, A. J.; Bingham, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2334-2339.
24. (b) Remenyi, C.; Reviakine, R.; Kaupp, M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 8290-8304.
25. (c) Sinnecker, S.; Neese, F. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1463-1475.
26. (a) Penfield, K. W.; Gewirth, A. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 4519-4529.
27. (b) Solomon, E. I.; Baldwin, M. J.; Lowery, M. D. Chem. Rev. 1992, 92, 521-542.
28. (c) Solomon, E. L.; Lowery, M. D. Science 1993, 259, 1575-1581.
29. (d) Guckert, J. A.; Lowery, M. D.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2817-2844.
30. (e) Holm, R. H.; Kennepohl, P.; Solomon, E. I. Chem. Rev. 1996, 96, 2239-2314.
31. (f) Solomon, E. L.; Lever, A. B. P. Inorganic Electronic Structure and Spectroscopy; John Wiley & Sons: New York, 1999.
32. (g) Solomon, E. I.; Szilagyi, K. R.; George, S. D.; Basumallick, L. Chem. Rev. 2004, 104, 419-458.
33. (h) Sarangi, R.; Gorelsky, S. L.; Basumallick, L.; Hwang, H. J.; Pratt, R. C.; Stack, T. D. P.; Lu, Y.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3866-3877.
34. (a) Larsson, S.; Broo, A. J. Phy. Chem. 1995, 99, 4860-4865.
35. (b) LaCroix, L. B.; Shadle, S. E.; Wang, Y.; Averill, B. A.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7755-7768.
36. (c) Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Roos, B. O. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 218-226.
37. (d) Pierloot, K.; De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13156-13166.
38. (a) Shuku, T.; Sugimori, K.; Sugiyama, A.; Nagao, H.; Sakurai, T.; Nishikawa, K. Polyhedron 2005, 24, 2665-2670.
39. (b) Sugimori, K.; Shuku, T.; Sugiyama, A.; Nagao, H.; Sakurai, T.; Nishikawa, K. Polyhedron 2005, 24, 2671-2675.
40. (c) Corni, S.; De Rienzo, F.; Di Felice, R.; Molinari, E. Int J. Quantum Chem. 2005, 102, 328-342.
41. (d) Sugiyama, A.; Sugimori, K.; Shuku, T.; Nakamura, T.; Saito, H.; Nagao, H.; Kawabe, H.; Nishikawa, K. Int, J. Quantum Chem. 2005, 105, 588-595.
42. (a) Ryde, U.; Olsson, M. H. M. Int. J. Quantum Chem. 2001, 81, 335-347.
43. (b) Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Roos, B. O.; Borin, A. C. Theor. Chem. Acc. 2001, 105, 452-462.
44. (a) Lowery, M. D.; Solomon, E. I. Inorg. Chim. Acta 1992, 198-200, 233-243.
45. (b) van Pouderoyen, G.; Andrew, C. R.; Loehr, T. M.; Sanders-Loehr, J.; Mazumdar, S.; Hill, H. A. O.; Canters, G. W. Biochemistry 1996, 35, 1397-1407.
46. (c) Chang, S.; Karambelkar, V. V.; Sommer, R. D.; Rheingold, A. L.; Goldberg, D. P. Inorg. Chem. 2002, 41, 239-248.
47. (d) Chowdhury, A.; Peteanu, L. A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3007-3012.
48. (e) Berry, S. M.; Ralle, M.; Low, D. W.; Blackburn, N. J.; Lu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8760-8768.
49. (a) Matsunaga, Y.; Fujisawa, K.; Ibi, N.; Miyashita, Y.; Okamoto, K. Inorg. Chem. 2005, 44, 325-335.
50. (b) Arca, M.; Azimi, G.; Demartin, F.; Devillanova, F. A.; Escriche, L.; Garau, A.; Isaia, F.; Kivekas, R.; Lippolis, V.; Muns, V.; Perra, A.; Shamsipur, M.; Sportelli, L.; Yari, A. Inorg. Chim. Acta 2005, 358, 2403-2412.
51. (c) Taylor, M. K.; Stevenson, D. E.; Berlouis, L. E. A.; Kennedy, A. R.; Reglinski, J. J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 50-259.
52. (d) Garner, D. K.; Vaughan, M. D.; Hwang, H. J.; Savelieff, M. G.; Berry, S. M.; Honek, J. F.; Lu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15608-15617.
53. De Kerpel. J. O. A.; Pierloot, K.; Ryde, U. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8375-8382.
54. (a) Nar, H.; Huber, R.; Messerschmidt, A.; Filippou, A. C.; Barth, M.; Jaquinod, M.; van de Kamp, M.; Canters, G. W. Eur. J. Biochem. 1992, 205, 1123-1129.
55. (b) Moratal, J. M.; Romero, A.; Salgado, J.; Perales-Alargon, A.; Jimenez, H. R. Eur: J. Biochem. 1995, 22 S, 653-657.
56. (c) Bonander, N.; Vanngard, T.; Tsai, L. C.; Langer, V.; Nar, H.; Sjolin, L. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1997, 27, 385-394.
57. (a) Donaire, A.; Salgado, J.; Moratal, J.-M. Biochemistry 1998, 37, 8659-8673.
58. (b) Czemuszewicz, R. S.; Fraczkiewicz, G.; Zareba, A. A. Inorg. Chem. 2005, 44, 5745-5752.
59. (a) Ugurbil, K.; Mitra, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985, 82, 2039-2043.
60. (b) Kolczak, U.; Salgado, J.; Siegal, G.; Saraste, M.; Canters, G. W. Biospectroscopy 1999, 5, S19-S32.
61. (a) Tennent, D. L.; McMillin, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 2307-2311.
62. (b) Di Bilio, A. J.; Chang, T. K.; Malmstrom, B. G.; Gray, H. B.; Karlsson, B. G.; Nordling, M.; Pascher, T.; Lundberg, L. G. Inorg. Chim. Acta 1992, 198-200, 145-148.
63. (c) Cimei, T.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S.; Cerullo, G.; De Silvestri, S. Chem. Phys. Lett. 2002, 362, 497-503.
64. van den Bosch, M.; Swart, M.; Snijdersdagger, J. G.; Berendsen, H. J. C: Mark, A. E.; Oostenbrink, C.; van Gunsteren, W. F.; Canters, G. W. Chem Bio Chem 2005, 6, 738-746.
65. Runge, E.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997-1000.
66. (a) Cascella, M.; Magistrato, A.; Tavernelli, I.; Carloni, P.; Rothlisberger, U. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 19641-19646.
67. (b) Cascella, M.; Cuendet, M. A.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 10248-10252.
68. (a) Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem. Rev. 2000, 100, 421-437.
69. (b) Siegbahn, P. E. M. J. Comput. Chem. 2001, 22, 1634-1645.
70. (c) Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9375-9386.
71. (d) Pelmenschikov, V.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 284-298.
72. (e) Pelmenschikov, V.; Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2002, 41, 5659-5666.
73. (f) Siegbahn, P. E. M. O. Rev. Biophys. 2003, 36, 91-145.
74. (g) Prabhakar, R.; Siegbahn, P. E. M. J. Am. Chem. Soc. 2004, i26, 3996-4006.
75. (h) Siegbahn, P. E. M. Adv. Inorg. Chem. 2004, 56, 101-125.
76. (i) Bassan, A.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M.; Que, L., Jr. Angew. Chem. 2005, 44, 2939-2941.
77. (j) Siegbahn, P. E. M.; Borowski, T. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 729-738.
78. (k) Blomberg, M. R. A.; Johansson, A. J.; Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2007, 46, 7992-7997.
79. (l) Siegbahn. P. E. M. Inorg. Chem. 2008, 47, 1779-1786.
80. (a) Dapprich, S.; Komaromi, I.; Byun, K. S.; Morokuma, K.; Frisch, M. J. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 461-462, 1-21.
81. (b) Tschumper, G. S.; Morokuma, K. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2002, 592, 137-147.
82. (c) Torrent, M.; Vreven, T.; Musaev, D. G.; Morokuma, K.; Farkas, O.; Schlegel, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 192-193.
83. (d) Pelmenschikov, V.; Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2002, 41, 5659-5666.
84. (e) Vreven, T.; Morokuma, K. Theor. Chem. Acc. 2003, 109, 125-132.
85. (f) Morokuma. K. Bull, Korean Chem. Soc. 2003, 24, 797-801.
86. (a) Li, J.; Cross, J. B.; Vreven, T.; Meroueh, S. O.; Mobashery, S.; Schlegel, H. B. Proteins 2005, 61, 246-257.
87. (b) Prabhakar, R.; Vreven, T.; Morokuma, K.; Musaev, D. G. Biochemistry 2005, 44, 11864-11871.
88. (c) Vreven, T.; Frisch, M. J.; Kudin, K. N.; Schlegel, H. B.; Morokuma, K. Mol. Phys. 2006, 104, 701-714.
89. (d) Vreven, T.; Byun, K. S.; Komaromi, I.; Dapprich, S.; Montgomery, J. A., Jr.; Morokuma, K.; Frisch, M. J. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 815-826.
90. (e) Lundberg, M.; Morokuma, K. U'hys. Chem. B 2007, 111, 9380-9389.
91. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652.
92. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789.
93. Rappe, A. K.; Casewit, C. J.; Colwell, K. S.; Goddard, W. A., III; Skiff, W. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10024-10035.
94. Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer, P. V. R.; Pople, J. A. Ab Initio Molecular Orbital Theory; Wiley-lnterscience: New York, 1986.
95. (a) Mulliken. R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833.
96. (b) Reed, A. E.; Weinhold, F. J. Chem. Phys. 1983, 78, 4066-4073.
97. (c) Reed, A. E.; Weinstock, R. B.; Weinhold, F. J. Chem. Phys. 1985, 83, 735-746.
98. 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.; Klene, 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 E.01; Gaussian, Inc.; Wallingford, CT, 2004.
99. (a) Jimenez, H. R.; Salgado, J.; Moratal, J. M.; Badarau, I. M. Inorg. Chem. 1996, 35, 2737-2741.
100. (b) Goodman, D. C.; Reibenspies, J. H.; Goswami, N.; Jurisson, S.; Darensbourg, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 4955-4963.
101. (c) Henson, N. J.; Hay, P. J.; Redondo, A. Inorg. Chem. 1999, 38, 1618-1626.
102. (d) Baffert, C.; Artero, V.; Fontecave, M. Inorg. Chem. 2007, 46, 1817-1824.
103. (e) Barbara, P.; Bianchini, C.; Giambastiani, G.; Rios, I. G.; Meli, A.; Oberhauser, W.; Segarra, A. M.; Sorace, L.; Toti, A. Qrganometallics 2007, 26, 4639-4651.
104. (f) Buchalski, P.; Grabowska, I.; Karaskiewicz, A.; Suwinska, K.; Jerzykiewicz, L. Organometallics 2008, 27, 3316-3319.
105. (g) Carabineiro, S. A.; Bellabarba, R. M.; Gomes, P. T.; Pascu, S. I.; Veiros, L. F.; Freire, C.; Pereira, L. C. J.; Henriques, R. T.; Oliveira, M. C. O.; Warren, J. E. Inorg. Chem. 2008, 47, 8896-8911.
106. (a) Zilbermann, I.; Maimon, E.; Cohen, H.; Meverstein, D. Chem. Rev. 2005, 105, 2609-2626.
107. (b) Liu, C. S.; Wang, J. J.; Yan, L. F.; Chang, Z.; Bu, X. H.; Sañudo, E. C.; Ribas, J. Inorg. Chem. 2007, 46, 6299-6310.
108. (c) Desrochers, P. J.; Duong, D. S.; Marshall, A. S.; Lelievre, S. A.; Hong, B.; Brown, J. R.; Tarkka, R. M.; Manion, J. M.; Holman, G.; Merkert, J. W.; Vicic, D. A. Inorg, Chem. 2007, 46, 9221-9233.
109. (d) Stevenson, S.; Chancellor, C. J.; Lee, H. M.; Olmstead, M. M.; Balch, A. L. Inorg. Chem. 2008, 47, 1420-1427.
110. (e) Li, J.; Song, H.; Cui, C.; Cheng, J. P. Inorg. Chem. 2008, 47, 3468-3470.
111. (f) Habib, M.; Karmakar, T. K.; Arom, G.; Ribas-Ari, J.; Fun, H. K.; Chantraprommaa, S.; Chandra, S. K. Inorg. Chem. 2008, 47, 4109-4117.
112. (g) Desrochers, P. J.; Corken, A. L.; Tarkka, R. M.; Besel, B. M.; Mangum, E. E.; Linz, T. N. Inorg. Chem. 2009, 48, 3535-3541.
113. (a) Wyrwa, R.; Frohlich, H. O.; Gorls, H. Qrganometallics 1996, 15, 2833-2835.
114. (b) Darensbourg, D. J.; Wildeson, J. R.; Yarbrough, J. C. Qrganometallics 2001, 20, 4413-4417.
115. (c) Aoki, S.; Kimura, E. Chem. Rev. 2004, 104, 769-788.
116. (d) Gupta, S. P. Chem. Rev. 2007, 107, 3042-3087.
117. (e) Chai, Z. Y.; Zhang, C.; Wang, Z. X. Qrganometallics 2008, 27, 1626-1633.
118. (f) Javed, S.; Hoffman, D. M. Inorg. Chem. 2008, 47, 11984-11992.
119. (g) Labourdette, G.; Lee, D. J.; Patrick, B.O.; Ezhova, M. B.; Mehrkho-davandi, P. Qrganometallics 2009, 28, 1309-1319.
120. Ballhausen, C. J. Introduction to Ligand Field Theory; McGraw-Hill: New York, 1962.
121. Funk, T.; Kennepohl, P.; Di Bilio, A. J.; Wehbi, W. A.; Young, A. T.; Friedrich, S.; Arenholz, E.; Gray, H. B.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5859-5866.