Modeling the Active Site of [NiFe] Hydrogenases and the [NiFeu] Subsite of the C-Cluster of Carbon Monoxide Dehydrogenases: Low-Spin Iron(II) Versus High-Spin Iron(II)

Inorganic Chemistry

Volumn 53, Issue 12, 2014, Pages 6329-6337

  Weber, Katharina ^a   Erdem, Özlen F ^a   Bill, Eckhard ^a   Weyhermüller, Thomas ^a   Lubitz, Wolfgang ^a  

^a MAX PLANCK INSTITUTE FOR CHEMICAL ENERGY CONVERSION   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ALDEHYDE DEHYDROGENASE; CARBON MONOXIDE DEHYDROGENASE; FERROUS ION; HYDROGENASE; IRON; MULTIENZYME COMPLEX; NICKEL; NICKEL-IRON HYDROGENASE; SULFIDE; THIOL DERIVATIVE;

CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; ELECTRON; ELECTRON SPIN RESONANCE; ENZYME ACTIVE SITE; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

ALDEHYDE OXIDOREDUCTASES; CATALYTIC DOMAIN; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; ELECTRONS; FERROUS COMPOUNDS; HYDROGENASE; IRON; MODELS, MOLECULAR; MULTIENZYME COMPLEXES; NICKEL; SULFHYDRYL COMPOUNDS; SULFIDES;

EID: 84902440281     PISSN: 00201669     EISSN: 1520510X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic500910z     Document Type: Article

References (100)

1. Groysman, S.; Holm, R. H. Biochemistry 2009, 48, 2310-2320
2. Vignais, P. M.; Billoud, B. Chem. Rev. 2007, 107, 4206-4272
3. Lubitz, W.; Ogata, H.; Rüdiger, O.; Reijerse, E. Chem. Rev. 2014, 114, 4081-4148
4. Volbeda, A.; Charon, M. H.; Piras, C.; Hatchikian, E. C.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. Nature 1995, 373, 580-587
5. Volbeda, A.; Garcin, E.; Piras, C.; de Lacey, A. L.; Fernández, V. M.; Hatchikian, E. C.; Frey, M.; Fontecilla-Camps, J. C. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12989-12996
6. Albracht, S. P. J.; Graf, E. G.; Thauer, R. K. FEBS Lett. 1982, 140, 311-313
7. Surerus, K. K.; Chen, M.; van der Zwaan, J. W.; Rusnak, F. M.; Kolk, M.; Duin, E. C.; Albracht, S. P. J.; Münck, E. Biochemistry 1994, 33, 4980-4993
8. Pandelia, M. E.; Bykov, D.; Izsak, R.; Infossi, P.; Giudici-Orticoni, M. T.; Bill, E.; Neese, F.; Lubitz, W. Proc. Nat. Ac. Sci. U.S.A. 2013, 110, 483-488
9. Pierik, A. J.; Roseboom, W.; Happe, R. P.; Bagley, K. A.; Albracht, S. P. J. J. Biol. Chem. 1999, 274, 3331-3337
10. De Lacey, A. L.; Fernández, V. M.; Rousset, M.; Cammack, R. Chem. Rev. 2007, 107, 4304-4330
11. Lubitz, W.; Reijerse, E.; van Gastel, M. Chem. Rev. 2007, 107, 4331-4365
12. Ogata, H.; Lubitz, W.; Higuchi, Y. Dalton Trans. 2009, 7577-7587
13. Lindahl, P. A. J. Inorg. Biochem. 2012, 106, 172-178
14. Kampa, M.; Pandelia, M. E.; Lubitz, W.; van Gastel, M.; Neese, F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3915-3925
15. Canaguier, S.; Artero, V.; Fontecave, M. Dalton Trans. 2008, 315-325
16. Tard, C.; Pickett, C. J. Chem. Rev. 2009, 109, 2245-2274
17. Ohki, Y.; Tatsumi, K. Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 973-985
18. Simmons, T. R.; Berggren, G.; Bacchi, M.; Fontecave, M.; Artero, V. Coord. Chem. Rev. 2014, 270-271, 127-150
19. Ohki, Y. Bull.Chem. Soc. Jpn. 2014, 87, 1-19
20. Li, Z.; Ohki, Y.; Tatsumi, K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8950-8951
21. Jiang, J.; Maruani, M.; Solaimanzadeh, J.; Lo, W.; Koch, S. A.; Millar, M. Inorg. Chem. 2009, 48, 6359-6361
22. Tanino, S.; Li, Z.; Ohki, Y.; Tatsumi, K. Inorg. Chem. 2009, 48, 2358-2360
23. Lai, C. H.; Reibenspies, J. H.; Darensbourg, M. Y. Angew. Chem., Int. Ed. 1996, 35, 2390-2393
24. Osterloh, F.; Saak, W.; Haase, D.; Pohl, S. Chem. Commun. 1997, 979-980
25. Davies, C.; Evans, J.; Hughes, L.; Longhurst, S.; Sanders, R. J. Chem. Commun. 1999, 1935-1936
26. Liaw, W. F.; Chiang, C. Y.; Lee, G. H.; Peng, S. M.; Lai, C. H.; Darensbourg, M. Y. Inorg. Chem. 2000, 39, 480-484
27. Sellmann, D.; Geipel, F.; Lauderbach, F.; Heinemann, F. W. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 632-634
28. Verhagen, J. A. W.; Lutz, M.; Spek, A. L.; Bouwman, E. Eur. J. Inorg. Chem. 2003, 2003, 3968-3974
29. Zhu, W.; Marr, A. C.; Wang, Q.; Neese, F.; Spencer, D. J. E.; Blake, A. J.; Cooke, P. A.; Wilson, C.; Schröder, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 18280-18285
30. Stenson, P. A.; Marin-Becerra, A.; Wilson, C.; Blake, A. J.; McMaster, J.; Schröder, M. Chem. Commun. 2006, 317-319
31. Ohki, Y.; Yasumura, K.; Kuge, K.; Tanino, S.; Ando, M.; Li, Z.; Tatsumi, K. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 7652-7657
32. Barton, B. E.; Whaley, C. M.; Rauchfuss, T. B.; Gray, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6942-6943
33. Barton, B. E.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14877-14885
34. Canaguier, S.; Field, M.; Oudart, Y.; Pécaut, J.; Fontecave, M.; Artero, V. Chem. Commun. 2010, 46, 5876-5878
35. Weber, K.; Krämer, T.; Shafaat, H. S.; Weyhermüller, T.; Bill, E.; van Gastel, M.; Neese, F.; Lubitz, W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20745-20755
36. Ogo, S.; Ichikawa, K.; Kishima, T.; Matsumoto, T.; Nakai, H.; Kusaka, K.; Ohhara, T. Science 2013, 339, 682-684
37. Manor, B. C.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11895-11900
38. Lindahl, P. A. Biochemistry 2002, 41, 2097-2105
39. Lindahl, P. A.; Graham, D. E. Met. Ions Life Sci. 2007, 357-415
40. Dobbek, H.; Svetlichnyi, V.; Gremer, L.; Huber, R.; Meyer, O. Science 2001, 293, 1281-1285
41. Jeoung, J. H.; Dobbek, H. Science 2007, 318, 1461-1464
42. Kung, Y.; Drennan, C. L. Curr. Opin. Chem. Biol. 2011, 15, 276-283
43. Amara, P.; Mouesca, J. M.; Volbeda, A.; Fontecilla-Camps, J. C. Inorg. Chem. 2011, 50, 1868-1878
44. Hu, Z.; Spangler, N. J.; Anderson, M. E.; Xia, J.; Ludden, P. W.; Lindahl, P. A.; Münck, E. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 830-845
45. Ralston, C. Y.; Wang, H.; Ragsdale, S. W.; Kumar, M.; Spangler, N. J.; Ludden, P. W.; Gu, W.; Jones, R. M.; Patil, D. S.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10553-10560
46. Gu, W.; Seravalli, J.; Ragsdale, S. W.; Cramer, S. P. Biochemistry 2004, 43, 9029-9035
47. Ciurli, S.; Ross, P. K.; Scott, M. J.; Yu, S. B.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 5415-5423
48. Zhou, J.; Scott, M. J.; Hu, Z.; Peng, G.; Münck, E.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10843-10854
49. Zhou, J.; Raebiger, J. W.; Crawford, C. A.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6242-6250
50. Panda, R.; Zhang, Y.; McLauchlan, C. C.; Rao, V. P.; Tiago de Oliveira, F. A.; Münck, E.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6448-6459
51. Panda, R.; Berlinguette, C. P.; Zhang, Y.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11092-11101
52. Sun, J.; Tessier, C.; Holm, R. H. Inorg. Chem. 2007, 46, 2691-2699
53. Wolf, R.; Schnöckelborg, E.-M. Chem. Commun. 2010, 46, 2832-2834
54. Verhagen, J. A. W.; Ellis, D. D.; Lutz, M.; Spek, A. L.; Bouwman, E. Dalton Trans. 2002, 1275-1280
55. Weber, K.; Heise, I.; Weyhermüller, T.; Lubitz, W. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 148-155
56. Oudart, Y.; Artero, V.; Pécaut, J.; Fontecave, M. Inorg. Chem. 2006, 45, 4334-4336
57. Canaguier, S.; Vaccaro, L.; Artero, V.; Ostermann, R.; Pécaut, J.; Field, M. J.; Fontecave, M. Chem.-Eur. J. 2009, 15, 9350-9364
58. Tilset, M.; Fjeldahl, I.; Hamon, J. R.; Hamon, P.; Toupet, L.; Saillard, J. Y.; Costuas, K.; Haynes, A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9984-10000
59. Sitzmann, H.; Dezember, T.; Kaim, W.; Baumann, F.; Stalke, D.; Kärcher, J.; Dormann, E.; Winter, H.; Wachter, C.; Kelemen, M. Angew. Chem., Int. Ed. 1996, 35, 2872-2875
60. Sitzmann, H. Coord. Chem. Rev. 2001, 214, 287-327
61. Wallasch, M. W.; Rudolphi, F.; Wolmerhäuser, G.; Sitzmann, H. Z. Naturforsch. 2009, 64b, 11-17
62. Girerd, J.-J.; Journaux, Y. In Physical Methods in Bioinorganic Chemistry; Que, L. J., Ed.; University Science Books: Sausalito, CA, 2000; pp 321-374.
63. Boca, R. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 757-815
64. Schulz, C.; Debrunner, P. J. Phys. Colloq. 1976, 37, C6-153
65. McLaughlin, M. P.; Retegan, M.; Bill, E.; Payne, T. M.; Shafaat, H. S.; Pena, S.; Sudhamsu, J.; Ensign, A. A.; Crane, B. R.; Neese, F.; Holland, P. L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19746-19757
66. Solomon, E. I.; Lever, A. B. P. Inorganic Electronic Structure and Spectroscopy; John Wiley & Sons: New York, 2006.
67. Hendrich, M. P.; Debrunner, P. G. Biophys. J. 1989, 56, 489-506
68. Surerus, K. K.; Hendrich, M. P.; Christie, P. D.; Rottgardt, D.; Orme-Johnson, W. H.; Münck, E. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 8579-8590
69. Jang, H. G.; Hendrich, M. P.; Que, L. Inorg. Chem. 1993, 32, 911-918
70. Andres, H.; Bominaar, E. L.; Smith, J. M.; Eckert, N. A.; Holland, P. L.; Münck, E. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3012-3025
71. Krzystek, J.; Ozarowski, A.; Telser, J. Coord. Chem. Rev. 2006, 250, 2308-2324
72. Hans, M.; Buckel, W.; Bill, E. J. Biol. Inorg. Chem. 2008, 13, 563-574
73. Mathies, G.; Chatziefthimiou, S. D.; Maganas, D.; Sanakis, Y.; Sottini, S.; Kyritsis, P.; Groenen, E. J. J. J. Magn. Reson. 2012, 224, 94-100
74. Stathi, P.; Mitrikas, G.; Sanakis, Y.; Louloudi, M.; Deligiannakis, Y. Mol. Phys. 2013, 111, 2942-2949
75. Bencini, A.; Gatteschi, D. EPR of Exchange Coupled Systems; Springer: Berlin, Germany, 1990.
76. Gütlich, P.; Bill, E.; Trautwein, A. X. Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry. Fundamentals and Applications; Springer: Heidelberg, Germany, 2011.
77. Römelt, M.; Ye, S.; Neese, F. Inorg. Chem. 2008, 48, 784-785
78. Neese, F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10213-10222
79. Ye, S.; Geng, C. Y.; Shaik, S.; Neese, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 8017-8030
80. SAINT, Version 7.46A; Bruker-AXS Inc.: Madison, WI, 2008.
81. SADABS, Version 2009/1; Bruker-AXS Inc.: Madison, WI, 2009.
82. ShelXTL, 2013/2; Bruker AXS Inc.: Madison, WI, 2013.
83. Sheldrick, G. M. ShelXL 2013, University of Göttingen: Göttingen, Germany, 2013.
84. Neese, F. ORCA-Package, Version 2.9.0; University of Bonn: Bonn, Germany, 2012.
85. Neese, F. WIREs Comput. Mol. Sci. 2012, 2, 73-78
86. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
87. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822-8824
88. Baerends, E. J.; Ellis, D. E.; Ros, P. Chem. Phys. 1973, 2, 41-51
89. Dunlap, B. I.; Connolly, J. W. D.; Sabin, J. R. J. Chem. Phys. 1979, 71, 3396-3403
90. Vahtras, O.; Almlöf, J.; Feyereisen, M. W. Chem. Phys. Lett. 1993, 213, 514-518
91. Neese, F. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1740-1747
92. Pantazis, D. A.; Chen, X. Y.; Landis, C. R.; Neese, F. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 908-919
93. Weigend, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1057-1065
94. Eichkorn, K.; Treutler, O.; Öhm, H.; Häser, M.; Ahlrichs, R. Chem. Phys. Lett. 1995, 240, 283-290
95. Eichkorn, K.; Weigend, F.; Treutler, O.; Ahlrichs, R. Theor. Chem. Acc. 1997, 97, 119-124
96. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
97. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623-11627
98. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
99. Neese, F.; Wennmohs, F.; Hansen, A.; Becker, U. Chem. Phys. 2009, 356, 98-109
100. Pettersen, E. F.; Goddard, T. D.; Huang, C. C.; Couch, G. S.; Greenblatt, D. M.; Meng, E. C.; Ferrin, T. E. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1605-1612