Reorganization energy for internal electron transfer in multicopper oxidases

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 45, 2011, Pages 13111-13126

  Hu, Lihong ^a,b   Farrokhnia, Maryam ^a,c   Heimdal, Jimmy ^a   Shleev, Sergey ^d   Rulíšek, Lubomír ^e   Ryde, Ulf ^a  

^a LUND UNIVERSITY   (Sweden)

^b NORTHEAST NORMAL UNIVERSITY   (China)

^c BUSHEHR UNIVERSITY OF MEDICAL SCIENCES   (Iran)

^d MALMÖ UNIVERSITY   (Sweden)

^e INSTITUTE OF ORGANIC CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY   (Czech Republic)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

MECHANICS; MOLECULAR DYNAMICS; QUANTUM THEORY;

CHARGED RESIDUES; COPPER SITES; ELECTRON-TRANSFER; ENERGY DIFFERENCES; INTERNAL ELECTRON TRANSFER; INTRA-MOLECULAR ELECTRON TRANSFER; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; MULTICOPPER OXIDASE; REORGANIZATION ENERGIES; SOLVENT CONTRIBUTION; THEORETICAL TREATMENTS; TRINUCLEAR CLUSTER;

ELECTRON TRANSITIONS;

EID: 80855128956     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp205897z     Document Type: Article

References (109)

1. Edwards, P. P.; Gray, H. B.; Lodge, M. T. J.; Williams, R. P. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 6758-6765
2. Gray, H. B.; Winkler, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 3534-3539
3. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265
4. Moser, C. C.; Page, C. C.; Dutton, P. L. Philos. Trans. R. Soc., B 2006, 261, 1295
5. Farver, O.; Skov, L. K.; Gilardi, G.; van Puderoyen, G.; Canters, G. W.; Wheland, S.; Pecht, I. Chem. Phys. 1996, 204, 271-277
6. Di Bilio, A. J.; Hill, M. G.; Bonander, N.; Karlsson, B. G.; Villahermosa, R. M.; Malmström, B. G.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9921-9922
7. Winkler, J. R.; Wittung-Stafshede, P.; Leckner, J.; Malmström, B. G.; Gray, H. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 4246-4249
8. Mines, G. A.; Bjerrum, M. J.; Hill, M. G.; Casimiro, D. R.; Chang, I.-J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 1961
9. Haffa, A. L. M.; Lin, S.; Katilius, E.; Williams, J. C.; Taguchi, A. K. W.; Allen, J. P.; Woodubury, N. W. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7376
10. Kuila, D.; Baxter, W. W.; Natan, M. J.; Hoffman, B. M. J. Phys. Chem. B 1991, 95, 1
11. Olsson, M. H. M.; Ryde, U.; Roos, B. O. Protein Sci. 1998, 7, 2659-2668
12. Sigfridsson, E.; Olsson, M. H. M.; Ryde, U. Inorg. Chem. 2001, 40, 2509-2519
13. Sigfridsson, E.; Olsson, M. H. M.; Ryde, U. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 5546-5552
14. Ryde, U.; Olsson, M. H. M. Int. J. Quantum Chem. 2001, 81, 335-347
15. Blumberger, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5651-5657
16. Warshel, A. J. Phys. Chem. 1982, 86, 2218-2224
17. Warshel, A.; Parson, W. W. Annu. Rev. Phys. Chem. 1991, 42, 279-309
18. Parson, W. W.; Chu, Z. T.; Warshel, A. Biophys. J. 1998, 74, 182-191
19. Zhou, H.-X.; Szabo, A. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3481-3494
20. Tateyama, Y.; Blumberger, J.; Sprik, M.; Tavernelli, I. J. Chem. Phys. 2005, 122, 234505
21. Blumberger, J.; Tavernelli, I.; Klein, M. L.; Sprik, M. J. Chem. Phys. 2006, 124, 034507
22. Blumberger, J.; Sprik, M. Theor. Chem. Acc. 2006, 115, 113-126
23. Zeng, X.; Hu, H.; Hu, X.; Cohen, A. J.; Yang, W. J. Chem. Phys. 2008, 128, 124510
24. LeBard, D. N.; Matyushov, D. V. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12424-12437
25. Kaila, V. R. I.; Johansson, M. P.; Sundholm, D.; Wikström, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 21470-21475
26. Hong, G.; Ivnitski, D. M.; Johnson, G. R.; Atanassov, P.; Pachter, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4802-4809
27. Sulpizi, M.; Raugei, S.; VandeVondele, J.; Carloni, P.; Sprik, M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 3969-3976
28. Olsson, M. H. M.; Hong, G.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5025
29. Solomon, E. I.; Sundaram, U. M.; Machonkin, T. E. Chem. Rev. 1996, 96, 2563-2605
30. Solomon, E. I.; Augustine, A. J.; Yoon, J. Dalton Trans. 2008, 3921-3932
31. Messerschmidt, A.; Ladenstein, R.; Huber, R.; Bolognesi, M.; Avigliano, L.; Petruzzelli, R.; Rossi, A.; Finazzi-Agro, A. J. Mol. Biol. 1992, 224, 179-205
32. Roberts, S. A.; Weichsel, A.; Grass, G.; Thakali, K.; Hazzard, J. T.; Tollin, G.; Rensing, C.; Montfort, W. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 2766-2771
33. Ramirez, P.; Mano, N.; Andreu, R.; Ruzgas, T.; Heller, A.; Gorton, L.; Shleev, S. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 1364-1369
34. Shleev, S.; Ruzgas, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 7270-7274
35. Shleev, S.; Reimann, C.; Andoralov, V.; Falk, M.; Ruzgas, T.; Srnec, M.; Ryde, U.; Rulíšek, L. FEBS J., submitted.
36. Page, C. C.; Moser, C. C.; Chen, X.; Dutton, P. L. Nature 1999, 402, 47-52
37. Rulíšek, L.; Solomon, E. I.; Ryde, U. Inorg. Chem. 2005, 44, 5612-5628
38. Chalupský, J.; Neese, F.; Solomon, E. I.; Ryde, U.; Rulíšek, L. Inorg. Chem. 2006, 45, 11051-11059
39. Ryde, U.; Hsiao, Y.-W.; Rulíšek, L.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 726-727
40. Vancoillie, S.; Chalupský, J.; Ryde, U.; Solomon, E. I.; Pierloot, K.; Neese, F.; Rulíšek, L. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 7692-7702
41. Srnec, M.; Ryde, U.; Rulíšek, L. Faraday Discuss. 2011, 148, 41-53
42. Case, D. A.; Darden, T. A.; Cheatham, T. E.; Simmerling, C. L.; Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.; Crowley, M.; Walker, R. C.; Zhang, W.; et al. AMBER 10; University of California: San Francisco, CA, 2008.
43. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179-5197
44. Wang, J.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1049-1074
45. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-341
46. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092
47. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8592
48. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690
49. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impley, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935
50. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
51. Weigend, F.; Ahlrichs, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3297-3305
52. Eichkorn, K.; Treutler, O.; Öhm, H.; Häser, M.; Ahlrichs, R. Chem. Phys. Lett. 1995, 240, 283-290
53. Eichkorn, K.; Weigend, F.; Treutler, O.; Ahlrichs, R. Theor. Chem. Acc. 1997, 97, 119-126
54. Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry; J. Wiley & Sons: Chichester, 2007.
55. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785
56. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
57. Treutler, O.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1995, 102, 346-354
58. Shin, W.; Sundaram, U. M.; Cole, J. L.; Zhang, H. H.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3202-3215
59. Klamt, A.; Schüürmann, G. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1993, 5, 799-805
60. Schäfer, A.; Klamt, A.; Sattel, D.; Lohrenz, J. C. W.; Eckert, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 2187-2193
61. Klamt, A.; Jonas, V.; Bürger, T.; Lohrenz, J. C. W. J. Phys. Chem. 1998, 102, 5074-5085
62. Ryde, U. J. Comput.-Aided Mol. Des. 1996, 10, 153-164
63. Reuter, N.; Dejaegere, A.; Maigret, B.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 2000, 104, 1720-1735
64. Hu, L.; Söderhjelm, P.; Ryde, U. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 761-777
65. Besler, B. H.; Merz, K. M.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1990, 11, 431-439
66. Senn, H. M.; Thiel, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1198-1229
67. Tu, Y.; Laaksonen, A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 7519-7525
68. Rod, T. H.; Ryde, U. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 138302
69. Rod, T. H.; Ryde, U. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 1240-1251
70. Kästner, J.; Senn, H. M.; Thiel, S.; Otte, N.; Thiel, W. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 452-461
71. Kaukonen, M.; Söderhjelm, P.; Heimdal, J.; Ryde, U. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 985-1001
72. Heimdal, J.; Kaukonen, M.; Srnec, M.; Rulíšek, L.; Ryde, U. ChemPhysChem 2011, 12, in press, DOI: 10.1002/cphc.201100339.
73. Kästner, J.; Senn, H. M.; Thiel, S.; Otte, N.; Thiel, W. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 452-461
74. Yang, W.; Bitetti-Putzer, R.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 2618-2628
75. Kaukonen, M.; Söderhjelm, P.; Heimdal, J.; Ryde, U. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 12537-12548
76. Kollman, P. A.; Massova, I.; Reyes, C.; Kuhn, B.; Huo, S.; Chong, L.; Lee, M.; Lee, T.; Duan, Y.; Wang, W. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 889-897
77. Kuhn, B.; Kollman, P. A. J. Med. Chem. 2000, 43, 3786-3791
78. Norrby, P.-O.; Liljefors, T. J. Comput. Chem. 1998, 19, 1146-1166
79. Rydberg, P.; Olsen, L.; Norrby, P.-O.; Ryde, U. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1765-1773
80. Norrby, P.-O. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2000, 506, 9-16
81. Nilsson, K.; Lecerof, D.; Sigfridsson, E.; Ryde, U. Acta Crystallogr., Sect. D 2003, 59, 274-289
82. Bartolotti, L. J.; Pedersen, L. G.; Charifson, P. S. J. Comput. Chem. 1991, 12, 1125-1128
83. Kelly, C. P.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16066-16081
84. Shin, W.; Sundaram, U. M.; Cole, J. L.; Zhang, H. H.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3202-3215
85. Palmer, A. E.; Lee, S.-K.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6591-6599
86. Lee, S.-K.; George, S. D.; Antholine, W. E.; Hedman, B; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6180-6193
87. Yoon, J.; Mirica, L. M.; Stack, T. D. P.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13680-13693
88. Yoon, J.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13127-13136
89. Holm, R. H.; Kennepohl, P.; Solomon, E. I. Chem. Rev. 1996, 96, 2239-2314
90. Shleev, S.; Tkac, J.; Christenson, A.; Ruzgas, T.; Yaropolov, A.; Whittaker, J. W.; Gorton, L. Biosens. Bioelectron. 2005, 20, 2517-2554
91. Miura, Y.; Tsujimura, S.; Kurose, S.; Kamitaka, Y.; Kataoka, K.; Sakurai, T.; Kano, K. Fuel Cells 2009, 9, 70-78
92. Ryde, U.; Olsson, M. H. M.; Pierloot, K.; Roos, B. O. J. Mol. Biol. 1996, 261, 586-596
93. De Kerpel, J. O. A.; Ryde, U. Proteins 1999, 36, 157-174
94. Hu, L.; Ryde, U. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 2452-2463
95. Ullmann, G. M.; Knapp, E. W.; Kostic, N. M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 42
96. Remenyi, R.; Comba, P. J. Inorg. Biochem. 2001, 86, 397
97. Stote, R. H.; Karplus, M. Proteins 1995, 23, 12-31
98. Lin, F.; Wang, R. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 1852-1870
99. Hoops, S. C.; Anderson, K. W.; Merz, K. M. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8262
100. Ryde, U. Proteins 1995, 21, 40-56
101. Seminario, J. M. Int. J. Quantum Chem. 1996, 60, 1271
102. Peters, M. B.; Yang, Y.; Wang, B.; Fürsti-Molnár, L.; Weaver, M. N.; Merz, K. M. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2935-2947
103. Nilsson Lill, S. O.; Forbes, A.; Donoghue, P.; Verdolino, V.; Wiest, O.; Rydberg, P.; Norrby, P.-O. Curr. Org. Chem. 2010, 14, 1629-1645
104. Tachiya, M. J. Phys. Chem. 1989, 93, 7050-7052
105. Tipmanee, V.; Oberhofer, H.; Park, M.; Kim, K. S.; Blumberger, J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 17032-17040
106. Soriano, G. M.; Cramer, W. A.; Krishtalik, L. I. Biophys. J. 1997, 73, 3265-3276
107. Muegge, I.; Qi, P. X.; Wand, J.; Chu, Z. T.; Warshel, A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 825-836
108. Simonson, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6544
109. Blumberger, J.; Lamoureux, G. Mol. Phys. 2008, 106, 1597-1911