Geometric and electrostatic study of the [4Fe-4S] cluster of adenosine-5′-phosphosulfate reductase from broken symmetry density functional calculations and extended X-ray absorption fine structure spectroscopy

Inorganic Chemistry

Volumn 50, Issue 14, 2011, Pages 6610-6625

  Bhave, Devayani P ^a   Han, Wen Ge ^b   Pazicni, Samuel ^a   Penner Hahn, James E ^a   Carroll, Kate S ^a,c   Noodleman, Louis ^b  

^a UNIVERSITY OF MICHIGAN   (United States)

^b SCRIPPS RESEARCH INSTITUTE   (United States)

^c SCRIPPS RESEARCH INSTITUTE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADENYLYLSULFATE REDUCTASE; IRON SULFUR PROTEIN; OXIDOREDUCTASE;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; METABOLISM; QUANTUM THEORY; STATIC ELECTRICITY; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; IRON-SULFUR PROTEINS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR STRUCTURE; OXIDOREDUCTASES ACTING ON SULFUR GROUP DONORS; QUANTUM THEORY; STATIC ELECTRICITY; X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

EID: 79960275485     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic200446c     Document Type: Article

References (88)

1. Williams, S. J.; Senaratne, R. H.; Mougous, J. D.; Riley, L. W.; Bertozzi, C. R. J. Biol. Chem. 2002, 277, 32606-32615
2. Bick, J. A.; Dennis, J. J.; Zylstra, G. J.; Nowack, J.; Leustek, T. J. Bacteriol. 2000, 182, 135-142
3. Kopriva, S.; Buchert, T.; Fritz, G.; Suter, M.; Weber, M.; Benda, R.; Schaller, J.; Feller, U.; Schurmann, P.; Schunemann, V.; Trautwein, A. X.; Kroneck, P. M.; Brunold, C. J. Biol. Chem. 2001, 276, 42881-42886
4. Carroll, K. S.; Gao, H.; Chen, H.; Stout, C. D.; Leary, J. A.; Bertozzi, C. R. PLoS Biol. 2005, 3, e250
5. Lampreia, J.; Pereira, A. S.; Moura, J. J. G. Methods Enzymol. 1994, 243, 241-260
6. Tsang, M. L.; Schiff, J. A. J. Bacteriol. 1978, 134, 131-138
7. Senaratne, R. H.; De Silva, A. D.; Williams, S. J.; Mougous, J. D.; Reader, J. R.; Zhang, T.; Chan, S.; Sidders, B.; Lee, D. H.; Chan, J.; Bertozzi, C. R.; Riley, L. W. Mol. Microbiol. 2006, 59, 1744-1753
8. Bhave, D. P.; Muse, W. B., 3rd; Carroll, K. S. Infect. Disord. Drug. Targets 2007, 7, 140-158
9. Hong, J. A.; Bhave, D. P.; Carroll, K. S. J. Med. Chem. 2009, 52, 5485-5495
10. Kopriva, S.; Buchert, T.; Fritz, G.; Suter, M.; Benda, R.; Schunemann, V.; Koprivova, A.; Schurmann, P.; Trautwein, A. X.; Kroneck, P. M.; Brunold, C. J. Biol. Chem. 2002, 277, 21786-21791
11. Kim, S. K.; Rahman, A.; Bick, J. A.; Conover, R. C.; Johnson, M. K.; Mason, J. T.; Hirasawa, M.; Leustek, T.; Knaff, D. B. Biochemistry 2004, 43, 13478-13486
12. Berndt, C.; Lillig, C. H.; Wollenberg, M.; Bill, E.; Mansilla, M. C.; de Mendoza, D.; Seidler, A.; Schwenn, J. D. J. Biol. Chem. 2004, 279, 7850-7855
13. Chartron, J.; Carroll, K. S.; Shiau, C.; Gao, H.; Leary, J. A.; Bertozzi, C. R.; Stout, C. D. J. Mol. Biol. 2006, 364, 152-169
14. Sazanov, L. A.; Hinchliffe, P. Science (New York, NY) 2006, 311, 1430-1436
15. Mamedova, A. A.; Holt, P. J.; Carroll, J.; Sazanov, L. A. J. Biol. Chem. 2004, 279, 23830-23836
16. Carroll, K. S.; Gao, H.; Chen, H.; Leary, J. A.; Bertozzi, C. R. Biochemistry 2005, 44, 14647-14657
17. Kim, S. K.; Rahman, A.; Mason, J. T.; Hirasawa, M.; Conover, R. C.; Johnson, M. K.; Miginiac-Maslow, M.; Keryer, E.; Knaff, D. B.; Leustek, T. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1710, 103-112
18. Bhave, D. P.; Hong, J. A.; Lee, M.; Jang, W.; Krebs, C.; Carroll, K. S. J. Biol. Chem. 2011, 286, 1216-1226
19. Torres, R. A.; Lovell, T.; Noodleman, L.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1923-1936
20. Gao, H.; Leary, J.; Carroll, K. S.; Bertozzi, C. R.; Chen, H. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2007, 18, 167-178
21. George, G. N. EXAFSPAK and EDG-FIT; http://www-ssrl.slac.stanford.edu/ exafspak.html.
22. Ankudinov, A. L.; Rehr, J. J. Phys. Rev. B 1997, 56, R1712-R1716
23. McMaster, W. H.; Del Grande, N. K.; Mallet, J. H.; Hubbell, J. H. University of California, Lawrence Radiation Laboratory Report No. UCRL-50174 1969, Sec. II, Rev. 1 (NTIS), 350.
24. Riggs-Gelasco, P. J.; Mei, R.; Ghanotakis, D. F.; Yocum, C. F.; Penner-Hahn, J. E. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2400-2410
25. Weng, T. C.; Waldo, G. S.; Penner-Hahn, J. E. J. Synchrotron Radiat. 2005, 12, 506-510
26. Han, W.-G.; Tajkhorshid, E.; Suhai, S. J. Biomol. Struct. Dyn. 1999, 16, 1019-1032
27. Kim, S. K.; Rahman, A.; Mason, J. T.; Hirasawa, M.; Conover, R. C.; Johnson, M. K.; Miginiac-Maslow, M.; Keryer, E.; Knaff, D. B.; Leustek, T. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1710, 103-112
28. ADF2008.01; SCM, Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit: Amsterdam, The Netherlands, 2008; http://www.scm.com.
29. te Velde, G.; Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J.; Guerra, C. F.; Van Gisbergen, S. J. A.; Snijders, J. G.; Ziegler, T. J. Comput. Chem. 2001, 22, 931-967
30. Guerra, C. F.; Snijders, J. G.; te Velde, G.; Baerends, E. J. Theor. Chem. Acc. 1998, 99, 391-403
31. Handy, N. C.; Cohen, A. J. Mol. Phys. 2001, 99, 403-412
32. Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
33. Swart, M.; Ehlers, A. W.; Lammertsma, K. Mol. Phys. 2004, 102, 2467-2474
34. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
35. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396-1396
36. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
37. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822-8824
38. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 34, 7406-7406
39. Baker, J.; Pulay, P. J. Chem. Phys. 2002, 117, 1441-1449
40. Hopmann, K. H.; Ghosh, A.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2009, 48, 9155-9165
41. Mouesca, J. M.; Chen, J. L.; Noodleman, L.; Bashford, D.; Case, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11898-11914
42. Noodleman, L. J. Chem. Phys. 1981, 74, 5737-5743
43. Noodleman, L.; Case, D. A. Adv. Inorg. Chem. 1992, 38, 423-470
44. Noodleman, L.; Lovell, T.; Han, W.-G.; Liu, T.; Torres, R. A.; Himo, F. Density Functional Theory. In Comprehensive Coordination Chemistry II, From Biology to Nanotechnology; Lever, A. B., Ed.; Elsevier Ltd: New York, 2003; Vol. 2, pp 491-510.
45. Klamt, A.; Schüürmann, G. J. Chem. Soc. Perkin Trans. II 1993, 799-805
46. Klamt, A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 2224-2235
47. Klamt, A.; Jonas, V. J. Chem. Phys. 1996, 105, 9972-9981
48. Pye, C. C.; Ziegler, T. Theor. Chem. Acc. 1999, 101, 396-408
49. Gregg, E. C., Dielectric Constants of Solids. In Handbook of Chemistry and Physics; Chemical Rubber Company: Cleveland, OH, 1976; pp E55-E60.
50. Harvey, S. C.; Hoekstra, P. J. Phys. Chem. 1972, 76, 2987-2994
51. Bone, S.; Pethig, R. J. Mol. Biol. 1982, 157, 571-575
52. Bone, S.; Pethig, R. J. Mol. Biol. 1985, 181, 323-326
53. Dwyer, J. J.; Gittis, A. G.; Karp, D. A.; Lattman, E. E.; Spencer, D. S.; Stites, W. E.; Garcia-Moreno, B. Biophys. J. 2000, 79, 1610-1620
54. Sham, Y. Y.; Muegge, I.; Warshel, A. Biophys. J. 1998, 74, 1744-1753
55. Bashford, D.; Karplus, M. Biochemistry 1990, 29, 10219-10225
56. Fitch, C. A.; Karp, D. A.; Lee, K. K.; Stites, W. E.; Lattman, E. E.; Garcia-Moreno, B. Biophys. J. 2002, 82, 3289-3304
57. Antosiewicz, J.; McCammon, J. A.; Gilson, M. K. Biochemistry 1996, 35, 7819-7833
58. Simonson, T.; Brooks, C. L. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8452-8458
59. Karp, D. A.; Gittis, A. G.; Stahley, M. R.; Fitch, C. A.; Stites, W. E.; Garcia-Moreno, B. Biophys. J. 2007, 92, 2041-2053
60. Harms, M. J.; Schlessman, J. L.; Chimenti, M. S.; Sue, G. R.; Damjanovic, A.; Garcia-Moreno, B. Protein Sci. 2008, 17, 833-845
61. Bondi, A. J. Phys. Chem. 1964, 68, 441-451
62. Li, J.; Nelson, M. R.; Peng, C. Y.; Bashford, D.; Noodleman, L. J. Phys. Chem. 1998, 102, 6311-6324
63. Han, W. G.; Noodleman, L. Inorg. Chim. Acta 2008, 361, 973-986
64. Martinez-Pinedo, G.; Schwerdtfeger, P.; Caurier, E.; Langanke, K.; Nazarewicz, W.; Sohnel, T. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 062701(1-4)
65. Sinnecker, S.; Slep, L. D.; Bill, E.; Neese, F. Inorg. Chem. 2005, 44, 2245-2254
66. Breneman, C. M.; Wiberg, K. B. J. Comput. Chem. 1990, 11, 361-373
67. Shulman, G. R.; Yafet, Y.; Eisenberger, P.; Blumberg, W. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1976, 73, 1384-1388
68. Penner-Hahn, J. E.; Scott, R. A.; Hodgson, K. O.; Doniach, S.; Desjardina, S. R.; Solomon, E. I. Chem. Phys. Lett. 1982, 88, 595-598
69. Westre, T. E.; Kennepohl, P.; DeWitt, J. G.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6297-6314
70. Han, W.-G.; Lovell, T.; Liu, T.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2003, 42, 2751-2758
71. Han, W.-G.; Lovell, T.; Liu, T.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2004, 43, 613-621
72. Han, W. G.; Liu, T. Q.; Lovell, T.; Noodleman, L. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15778-15790
73. Han, W.-G.; Giammona, D. A.; Bashford, D.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2010, 49, 7266-7281
74. Lewis, A.; Bumpus, J. A.; Truhlar, D. G.; Cramer, C. J. J. Chem. Educ. 2004, 81, 596-604
75. Lewis, A.; Bumpus, J. A.; Truhlar, D. G.; Cramer, C. J. J. Chem. Educ. 2007, 84, 934
76. Han, W.-G.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2011, 50, 2302-2320
77. Smith, E. T.; Blamey, J. M.; Zhou, Z. H.; Adams, M. W. W. Biochemistry 1995, 34, 7161-7169
78. Hatchikian, E. C.; Cammack, R.; Patil, D. S.; Robinson, A. E.; Richards, A. J. M.; George, S.; Thomson, A. J. Biochim. Biophys. Acta 1984, 784, 40-47
79. Mullinger, R. N.; Cammack, R.; Rao, K. K.; Hall, D. O.; Dickson, D. P. E.; Johnson, C. E.; Rush, J. D.; Simopoulos, A. Biochem. J. 1975, 151, 75-83
80. Niu, S.; Ichiye, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5724-5725
81. Kakuta, Y.; Petrotchenko, E. V.; Pedersen, L. C.; Negishi, M. J. Biol. Chem. 1998, 273, 27325-27330
82. Noodleman, L.; Lovell, T.; Han, W. G.; Li, J.; Himo, F. Chem. Rev. 2004, 104, 459-508
83. Asthagiri, D.; Dillet, V.; Liu, T.; Noodleman, L.; Van Etten, R. L.; Bashford, D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10225-10235
84. Asthagiri, D.; Liu, T.; Noodleman, L.; Van Etten, R. L.; Bashford, D. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12677-12684
85. Catrina, I.; O'Brien, P. J.; Purcell, J.; Nikolic-Hughes, I.; Zalatan, J. G.; Hengge, A. C.; Herschlag, D. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 5760-5765
86. Chapman, E.; Bryan, M. C.; Wong, C. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100, 910-915
87. Cleland, W. W.; Hengge, A. C. Chem. Rev. 2006, 106, 3252-3278
88. Yu, Z.; Lemongello, D.; Segel, I. H.; Fisher, A. J. Biochemistry 2008, 47, 12777-12786