Quantum Mechanical and Quantum Mechanical/Molecular Mechanical Studies of the Iron-Dioxygen Intermediates and Proton Transfer in Superoxide Reductase

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 6, Issue 9, 2010, Pages 2896-2909

  Sit, Patrick H L ^a   Migliore, Agostino ^a,b   Ho, Ming Hsun ^a   Klein, Michael L ^a,c  

^a UNIVERSITY OF PENNSYLVANIA   (United States)

^b TEL AVIV UNIVERSITY   (Israel)

^c Temple University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 77956565050     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct900599q     Document Type: Article

References (67)

1. Halliwell, B.; Gutteridge, J. Free Radicals in Biology and Medicine, 3 rd ed.; Oxford University Press: Oxford, U.K., 1999; pp 31 - 32.
2. Mccord, J. M.; Fridovic, I. J. Biol. Chem. 1969, 244 (22) 6049
3. Jenney, F. E.; Verhagen, M. F. J. M.; Cui, X. Y.; Adams, M. W. W. Science 1999, 286 (5438) 306
4. Niviere, V.; Fontecave, M. J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9 (2) 119
5. Brines, L. M.; Kovacs, J. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 1) 29
6. Maritim, A. C.; Sanders, R. A.; Watkins, J. B. J. Biochem. Mol. Toxicol. 2003, 17 (1) 24
7. Ihara, Y.; Chuda, M.; Kuroda, S.; Hayabara, T. J. Neurol. Sci. 1999, 170 (2) 90
8. Kocatürk, P. A.; Akbostanci, M. C.; Tan, F.; Kavas, G. Ô. Pathophysiology 2000, 7 (1) 63
9. Marklund, S. L.; Adolfsson, R.; Gottfries, C. G.; Winblad, B. J. Neurol. Sci. 1985, 67 (3) 319
10. De Leo, M. E.; Borrello, S.; Passantino, M.; Palazzotti, B.; Mordente, A.; Daniele, A.; Filippini, V.; Galeotti, T.; Masullo, C. Neurosci. Lett. 1998, 250 (3) 173
11. Fortunato, G.; Pastinese, A.; Intrieri, M.; Lofrano, M. M.; Gaeta, G.; Censi, M. B.; Boccalatte, A.; Salvatore, F.; Sacchetti, L. Clin. Biochem. 1997, 30 (7) 569
12. Burdon, R. H. Free Radical Biol. Med. 1995, 18 (4) 775
13. Toh, Y.; Kuninaka, S.; Mori, M.; Oshiro, T.; Ikeda, Y.; Nakashima, H.; Baba, H.; Kohnoe, S.; Okamura, T.; Sugimachi, K. Oncology 2000, 59 (3) 223
14. Shearer, J.; Nehring, J.; Lovell, S.; Kaminsky, W.; Kovacs, J. A. Inorg. Chem. 2001, 40 (22) 5483
15. Warshel, A.; Levitt, M. J. Mol. Biol. 1976, 103 (2) 227
16. Laio, A.; VandeVondele, J.; Rothlisberger, U. J. Chem. Phys. 2002, 116 (16) 6941
17. Cococcioni, M.; Dal Corso, A.; de Gironcoli, S. Phys. Rev. B 2003, 67 (9 094106
18. Cococcioni, M.; de Gironcoli, S. Phys. Rev. B 2005, 71 (3 035105
19. Hubbard, J. Proc. R. Soc. London Ser. A 1963, 276 (Dec) 238
20. Nowak, M. J.; Lapinski, L.; Kwiatkowski, J. S.; Leszcznski, J. In Molecular Structure and Infrared Spectra of the DNA Bases and Their Derivatives: Theory and Experiment; Leszczynski, J., Ed.; World Scientific: Singapore, 1997; pp 140 - 216.
21. Katona, G.; Carpentier, P.; Niviere, V.; Amara, P.; Adam, V.; Ohana, J.; Tsanov, N.; Bourgeois, D. Science 2007, 316 (5823) 449
22. Adam, V.; Royant, A.; Niviere, V.; Molina-Heredia, F. P.; Bourgeois, D. Structure 2004, 12 (9) 1729
23. Yeh, A. P.; Hu, Y. L.; Jenney, F. E.; Adams, M. W. W.; Rees, D. C. Biochemistry 2000, 39 (10) 2499
24. Clay, M. D.; Jenney, F. E.; Hagedoorn, P. L.; George, G. N.; Adams, M. W. W.; Johnson, M. K. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 (5) 788
25. Bukowski, M. R.; Halfen, H. L.; van den Berg, T. A.; Halfen, J. A.; Que, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44 (4) 584
26. Mathe, C.; Mattioli, T. A.; Horner, O.; Lombard, M.; Latour, J. M.; Fontecave, M.; Niviere, V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 (18) 4966
27. Mathe, C.; Niviere, V.; Houee-Levin, C.; Mattioli, T. A. Biophys. Chem. 2006, 119 (1) 38
28. Silaghi-Dumitrescu, R.; Silaghi-Dumitrescu, L.; Coulter, E. D.; Kurtz, D. M. Inorg. Chem. 2003, 42 (2) 446
29. Costas, M.; Mehn, M. P.; Jensen, M. P.; Que, L. Chem. Rev. 2004, 104 (2) 939
30. Shearer, J.; Scarrow, R. C.; Kovacs, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 (39) 11709
31. Quantum-ESPRESSO is a community project for high-quality quantum-simulation software, based on density-functional theory, and coordinated by Paolo Giannozzi. See http://www.quantum-espresso.org and http://www.pwscf.org.
32. Aprà, E.; Windus, T. L.; Straatsma, T. P.; Bylaska, E.; de Jong, W.; Hirata, S.; Valiev, M.; Hackler, M.; Pollack, L.; Kowalski, K.; Harrison, R.; Dupuis, M.; Smith, D. M. A.; Nieplocha, J.; Tipparaju, V.; Krishnan, M.; Auer, A. A.; Brown, E.; Cisneros, G.; Fann, G.; Fruchtl, H.; Garza, J.; Hirao, K.; Kendall, R.; Nichols, J.; Tsemekhman, K.; Wolinski, K.; Anchell, J.; Bernholdt, D.; Borowski, P.; Clark, T.; Clerc, D.; Dachsel, H.; Deegan, M.; Dyall, K.; Elwood, D.; Glendening, E.; Gutowski, M.; Hess, A.; Jaffe, J.; Johnson, B.; Ju, J.; Kobayashi, R.; Kutteh, R.; Lin, Z.; Littlefield, R.; Long, X.; Meng, B.; Nakajima, T.; Niu, S.; Rosing, M.; Sandrone, G.; Stave, M.; Taylor, H.; Thomas, G.; van Lenthe, J.; Wong, A.; Zhang, Z. NWChem, A Computational Chemistry Package for Parallel Computers, version 4.7; Pacific Northwest National Laboratory: Richland, WA, 2005.
33. Kendall, R. A.; Aprà, E.; Bernholdt, D. E.; Bylaska, E. J.; Dupuis, M.; Fann, G. I.; Harrison, R. J.; Ju, J.; Nichols, J. A.; Nieplocha, J.; Straatsma, T. P.; Windus, T. L.; Wong, A. T. Comput. Phys. Commun. 2000, 128, 260
34. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77 (18) 3865
35. Vanderbilt, D. Phys. Rev. B 1990, 41 (11) 7892
36. Cremer, D. Mol. Phys. 2001, 99 (23) 1899
37. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7) 5648
38. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37 (2) 785
39. Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110 (13) 6158
40. Keal, T. W.; Tozer, D. J. J. Chem. Phys. 2005, 123 (12) 121103
41. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98 (2) 1372
42. Kulik, H. J.; Cococcioni, M.; Scherlis, D. A.; Marzari, N. Phys. Rev. Lett. 2006, 97 (10) 103001
43. Migliore, A.; Sit, P. H. L.; Klein, M. L. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5 (2) 307
44. VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comput. Phys. Commun. 2005, 167 (2) 103
45. Goedecker, S.; Teter, M.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1996, 54 (3) 1703
46. Hartwigsen, C.; Goedecker, S.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1998, 58 (7) 3641
47. Laino, T.; Mohamed, F.; Laio, A.; Parrinello, M. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1 (6) 1176
48. Nose, S. J. Chem. Phys. 1984, 81 (1) 511
49. Hoover, W. G. Phys. Rev. A 1985, 31 (3) 1695
50. Wang, D.; Thiel, W. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2009, 898 (1-3) 90
51. Shaik, S.; Cohen, S.; Wang, Y.; Chen, H.; Kumar, D.; Thiel, W. Chem. Rev. 2009, 110 (2) 949
52. Koch, W.; Holthausen, M. C. A Chemists Guide to Density Functional Theory; Wiley: New York, 2000.
53. Horner, O.; Mouesca, J. M.; Oddou, J. L.; Jeandey, C.; Niviere, V.; Mattioli, T. A.; Mathe, C.; Fontecave, M.; Maldivi, P.; Bonville, P.; Halfen, J. A.; Latour, J. M. Biochemistry 2004, 43 (27) 8815
54. Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry, 2 nd ed.; John Wiley and Sons Ltd.: Chichester, U.K., 2007; pp 153 - 159.
55. Niviere, V.; Asso, M.; Weill, C. O.; Lombard, M.; Guigliarelli, B.; Favaudon, V.; Houee-Levin, C. Biochemistry 2004, 43 (3) 808
56. Lehnert, N.; Neese, F.; Ho, R. Y. N.; Que, L.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 (36) 10810
57. Lehnert, N.; Ho, R. Y. N.; Que, L.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123 (51) 12802
58. Decker, A.; Solomon, E. I. Curr. Opin. Chem. Biol 2005, 9 (2) 152
59. Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kale, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26 (16) 1781
60. Duan, Y.; Wu, C.; Chowdhury, S.; Lee, M. C.; Xiong, G.; Zhang, W.; Yang, R.; Cleplak, P.; Luo, R.; Lee, T.; Caldwell, J.; Wang, J.; Kollman, P. J. Comput. Chem. 2003, 24 (16) 1999
61. Blochl, P. E. J. Chem. Phys. 1995, 103 (17) 7422
62. Emerson, J. P.; Coulter, E. D.; Cabelli, D. E.; Phillips, R. S.; Kurtz, D. M. Biochemistry 2002, 41 (13) 4348
63. De Vivo, M.; Dal Peraro, M.; Klein, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (33) 10955
64. Ho, M. H.; Vivo, M. D.; Peraro, M. D.; Klein, M. L. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5 (6) 1657
65. Roelfes, G.; Vrajmasu, V.; Chen, K.; Ho, R. Y. N.; Rohde, J. U.; Zondervan, C.; la Crois, R. M.; Schudde, E. P.; Lutz, M.; Spek, A. L.; Hage, R.; Feringa, B. L.; Munck, E.; Que, L. Inorg. Chem. 2003, 42 (8) 2639
66. Girerd, J. J.; Banse, F.; Simaan, A. Characterization and Properties of Non-Heme Iron Peroxo Complexes. In Metal-Oxo and Metal-Peroxo Species in Catalytic Oxidations; Springer: Berlin, 2000; pp 145 - 177.
67. Ciccotti, G.; Ferrario, M.; Hynes, J. T.; Kapral, R. Chem. Phys. 1989, 129 (2) 241