DFT study of the mechanism for methane hydroxylation by soluble methane monooxygenase (sMMO): Effects of oxidation state, spin state, and coordination number

Dalton Transactions

Volumn 42, Issue 4, 2013, Pages 1011-1023

  Huang, Shu Ping ^a   Shiota, Yoshihito ^a   Yoshizawa, Kazunari ^a  

^a KYUSHU UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACTIVE SITE; COORDINATION NUMBER; DENSITY FUNCTIONAL THEORY CALCULATIONS; DFT STUDY; DIFFERENT MECHANISMS; IRON CENTERS; METHANE MOLECULES; OXIDATION STATE; OXYGEN-RICH ENVIRONMENT; REACTION MECHANISM; SOLUBLE METHANE MONOOXYGENASE (SMMO); SPIN STATE; TERMINAL LIGANDS;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; HYDROXYLATION; METHANE; REACTION INTERMEDIATES; SPIN DYNAMICS;

COORDINATION REACTIONS;

IRON; METHANE; METHANE MONOOXYGENASE; OXYGENASE;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMISTRY; ELECTRON; ENZYME ACTIVE SITE; HYDROXYLATION; METABOLISM; OXIDATION REDUCTION REACTION; QUANTUM THEORY; THERMODYNAMICS;

CATALYTIC DOMAIN; ELECTRONS; HYDROXYLATION; IRON; METHANE; MODELS, CHEMICAL; OXIDATION-REDUCTION; OXYGENASES; QUANTUM THEORY; THERMODYNAMICS;

EID: 84871970253     PISSN: 14779226     EISSN: 14779234     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2dt31304a     Document Type: Article

References (85)

1. R. H. Crabtree Chem. Rev. 1985 85 245
2. R. H. Crabtree Chem. Rev. 1995 95 987
3. A. C. Rosenzweig C. A. Frederick S. J. Lippard P. Nordlund Nature 1993 366 537
4. A. L. Feig S. J. Lippard Chem. Rev. 1994 94 759
5. K. E. Liu S. J. Lippard Adv. Inorg. Chem. 1995 42 263
6. B. J. Wallar J. D. Lipscomb Chem. Rev. 1996 96 2625
7. A. M. Valentine S. J. Lippard J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1997 3925
8. R. J. Deeth H. Dalton J. Biol. Inorg. Chem. 1998 3 302
9. D. A. Whittington and S. J. Lippard, Methane monooxygenase hydroxylase, in Handbook of Metalloproteins, John Wiley & Sons, Chichester, 2001, vol. 2, p. 712
10. D. A. Kopp S. J. Lippard Curr. Opin. Chem. Biol. 2002 6 568
11. M. Merkx D. A. Kopp M. H. Sazinsky J. L. Blazyk J. Muller S. J. Lippard Angew. Chem., Int. Ed. 2001 40 2782
12. M. Merkx S. J. Lippard J. Biol. Chem. 2002 277 5858
13. L. Noodleman T. Lovell W. G. Han J. Li F. Himo Chem. Rev. 2004 104 459
14. B. J. Brazeau J. D. Lipscomb Biochemistry 2000 39 13503
15. C. E. Tinberg S. J. Lippard Acc. Chem. Res. 2011 44 280
16. L. Shu J. C. Nesheim K. Kauffmann E. Münck J. D. Lipscomb L. Que Jr. Science 1997 275 515
17. K. Yoshizawa T. Yamabe R. Hoffmann New J. Chem. 1997 21 151
18. K. Yoshizawa T. Ohta T. Yamabe R. Hoffmann J. Am. Chem. Soc. 1997 119 12311
19. K. Yoshizawa J. Biol. Inorg. Chem. 1998 3 318
20. K. Yoshizawa T. Ohta T. Yamabe Bull. Chem. Soc. Jpn. 1998 71 1899
21. K. Yoshizawa A. Suzuki Y. Shiota T. Yamabe Bull. Chem. Soc. Jpn. 2000 73 815
22. K. Yoshizawa J. Inorg. Biochem. 2000 78 23
23. K. Yoshizawa T. Yumura Chem.-Eur. J. 2003 9 2347
24. K. Yoshizawa Acc. Chem. Res. 2006 39 375
25. P. E. M. Siegbahn R. H. Crabtree J. Am. Chem. Soc. 1997 119 3103
26. P. E. M. Siegbahn R. H. Crabtree P. Nordlund J. Biol. Inorg. Chem. 1998 3 314
27. P. E. M. Siegbahn Inorg. Chem. 1999 38 2880
28. P. E. M. Siegbahn M. R. A. Blomberg Chem. Rev. 2000 100 421
29. P. E. M. Siegbahn J. Biol. Inorg. Chem. 2001 6 27
30. H. Basch K. Mogi D. G. Musaev K. Morokuma J. Am. Chem. Soc. 1999 121 7249
31. H. Basch D. G. Musaev K. Mogi K. Morokuma J. Phys. Chem. A 2001 105 3615
32. H. Basch D. G. Musaev K. Morokuma J. Phys. Chem. B 2001 105 8452
33. M. Torrent D. G. Musaev H. Basch K. Morokuma J. Comput. Chem. 2002 23 59
34. D. G. Musaev H. Basch K. Morokuma J. Am. Chem. Soc. 2002 124 4135
35. B. F. Gherman B. D. Dunietz D. A. Whittington S. J. Lippard R. A. Friesner J. Am. Chem. Soc. 2001 123 3836
36. V. Guallar B. F. Gherman W. H. Miller S. J. Lippard R. A. Friesner J. Am. Chem. Soc. 2002 124 3377
37. M.-H. Baik B. F. Gherman R. A. Friesner S. J. Lippard J. Am. Chem. Soc. 2002 124 14608
38. M.-H. Baik M. Newcomb R. A. Friesner S. J. Lippard Chem. Rev. 2003 103 2385
39. D. Balcells E. Clot O. Eisenstein Chem. Rev. 2010 110 749
40. D. Schröder H. Schwarz Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1995 34 1973
41. D. Schröder H. Schwarz S. Shaik Struct. Bonding (Berlin) 2000 97 91
42. D. Schröder H. Schwarz Top. Organomet. Chem. 2007 22 1
43. D. Schröder H. Schwarz Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 18114
44. K. Yoshizawa Y. Shiota T. Yamabe J. Am. Chem. Soc. 1998 120 564
45. K. Yoshizawa Y. Shiota T. Yamabe Organometallics 1998 17 2825
46. K. Yoshizawa Y. Shiota T. Yamabe J. Chem. Phys. 1999 111 538
47. Y. Shiota K. Yoshizawa J. Am. Chem. Soc. 2000 122 12317
48. K. Yoshizawa Y. Shiota Y. Kagawa T. Yamabe J. Phys. Chem. A 2000 104 2552
49. K. Yoshizawa Y. Shiota T. Yamabe Chem.-Eur. J. 1997 3 1160
50. D. Schröder H. Schwarz Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1990 29 1433
51. D. Schröder A. Fiedler J. Hrusák H. Schwarz J. Am. Chem. Soc. 1992 114 1215
52. K. Yoshizawa T. Ohta Y. Shiota T. Yamabe Chem. Lett. 1997 1213
53. K. Yoshizawa Coord. Chem. Rev. 2002 226 251
54. A. M. Valentine S. S. Stahl S. J. Lippard J. Am. Chem. Soc. 1999 121 3876
55. T. C. Brunold Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 20641
56. G. Q. Xue D. Wang R. De Hont A. T. Fiedler X. P. Shan E. Münck L. Que Jr. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 20713
57. G. Q. Xue R. De Hont E. Münck L. Que Jr. Nat. Chem. 2010 2 400
58. G. Q. Xue A. Pokutsa L. Que Jr. J. Am. Chem. Soc. 2011 133 16657
59. T. Inoue Y. Shiota K. Yoshizawa J. Am. Chem. Soc. 2008 130 16890
60. M. J. Frisch, et al. GAUSSIAN 09 (Revision A.02), Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2004
61. L. Noodleman J. Chem. Phys. 1981 74 5737
62. L. Noodleman E. R. Davidson Chem. Phys. 1986 109 131
63. L. Noodleman C. Y. Peng D. A. Case J. M. Mouesca Coord. Chem. Rev. 1995 144 199
64. A. D. Becke J. Chem. Phys. 1993 98 5648
65. P. J. Stephens F. J. Devlin C. F. Chabalowski M. J. Frisch J. Phys. Chem. 1994 98 11623
66. A. J. H. Wachters J. Chem. Phys. 1970 52 1033
67. P. J. Hay J. Chem. Phys. 1977 66 4377
68. K. Raghavachari G. W. Trucks J. Chem. Phys. 1989 91 1062
69. T. H. Dunning and P. J. Hay, in Modern Theoretical Chemistry, ed., H. F. Schaefer III, Plenum, New York, 1976, vol. 3, pp. 1-27
70. K. Fukui Acc. Chem. Res. 1981 14 363
71. H. P. Hratchian H. B. Schlegel J. Chem. Phys. 2004 120 9918
72. H. P. Hratchian and H. B. Schlegel, in Theory and Applications of Computational Chemistry: The First 40 Years, ed., C. E. Dykstra, G. Frenking, K. S. Kim, and, G. Scuseria, Elsevier, Amsterdam, 2005, pp. 195-249
73. H. P. Hratchian H. B. Schlegel J. Chem. Theor. Comput. 2005 1 61
74. T. Clark J. Chandrasekhar G. W. Spitznagel P. V. R. Schleyer J. Comput. Chem. 1983 4 294
75. P. Krishnan J. S. Binkley R. Seeger J. A. Pople J. Chem. Phys. 1980 72 650
76. G. Scalmani M. J. Frisch J. Chem. Phys. 2010 132 114110
77. M. Reiher O. Salomon B. A. Hess Theor. Chem. Acc. 2001 107 48
78. O. Salomon M. Reiher B. A. Hess J. Chem. Phys. 2002 117 4729
79. J. Conradie A. Ghosh J. Chem. Theor. Comput. 2007 3 689
80. M. Swart J. Chem. Theor. Comput. 2008 4 2057
81. M. Swart A. R. Groenhof A. W. Ehlers K. Lammertsma J. Phys. Chem. A 2004 108 5479
82. D. A. Whittington S. J. Lippard J. Am. Chem. Soc. 2001 123 827
83. T. Saito M. Shoji H. Isobe S. Yamanaka Y. Kitagawa S. Yamada T. Kawakami M. Okumura K. Yamaguchi Int. J. Quantum Chem. 2010 110 2955
84. G. Gopakumar P. Belanzoni E. J. Baerends Inorg. Chem. 2012 51 63
85. K. E. Liu C. C. Johnson M. Newcomb S. J. Lippard J. Am. Chem. Soc. 1993 115 939