Hydride binding to the active site of [FeFe]-hydrogenase

Inorganic Chemistry

Volumn 53, Issue 22, 2014, Pages 12164-12177

  Chernev, Petko ^a   Lambertz, Camilla ^b   Brünje, Annika ^b   Leidel, Nils ^a   Sigfridsson, Kajsa G V ^a   Kositzki, Ramona ^a   Hsieh, Chung Hung ^c   Yao, Shenglai ^d   Schiwon, Rafael ^e   Driess, Matthias ^d   Limberg, Christian ^e   Happe, Thomas ^b   Haumann, Michael ^a  

^a FREIE UNIVERSITÄT BERLIN   (Germany)

^b RUHR UNIVERSITY BOCHUM   (Germany)

^c TEXAS A AND M UNIVERSITY   (United States)

^d TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN   (Germany)

^e HUMBOLDT UNIVERSITY   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON MONOXIDE; CYANIDE; FERROUS ION; HYDROGEN; HYDROGENASE; IRON HYDROGENASE; IRON SULFUR PROTEIN; PROTEIN BINDING;

BINDING SITE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; CHLAMYDOMONAS REINHARDTII; ENZYME ACTIVE SITE; ENZYMOLOGY; GENETICS; OXIDATION REDUCTION REACTION; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

BINDING SITES; CARBON MONOXIDE; CATALYTIC DOMAIN; CHLAMYDOMONAS REINHARDTII; CYANIDES; FERROUS COMPOUNDS; HYDROGEN; HYDROGENASE; IRON-SULFUR PROTEINS; MODELS, MOLECULAR; OXIDATION-REDUCTION; PROTEIN BINDING; X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

EID: 84911091467     PISSN: 00201669     EISSN: 1520510X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic502047q     Document Type: Article

References (105)

1. Rifkin, J. The Hydrogen Economy; Tarcher: London, 2002.
2. Le Goff, A.; Artero, V.; Jousselme, B.; Tran, P. D.; Guillet, N.; Metaye, R.; Fihri, A.; Palacin, S.; Fontecave, M. Science 2009, 326, 1384-1387
3. Vignais, P. M.; Billoud, B. Chem. Rev. 2007, 107, 4206-4272
4. Mulder, D. W.; Shepard, E. M.; Meuser, J. E.; Joshi, N.; King, P. W.; Posewitz, M. C.; Broderick, J. B.; Peters, J. W. Structure 2011, 19, 1038-1052
5. Simmons, T. R.; Berggren, G.; Bacchia, M.; Fontecave, M.; Artero, V. Coord. Chem. Rev. 2014, 270-271, 127-150
6. Rauchfuss, T. B. Science 2007, 316, 553-554
7. Darensbourg, M. Y.; Bethel, R. D. Nat. Chem. 2012, 4, 11-13
8. Tard, C.; Pickett, C. J. Chem. Rev. 2009, 109, 2245-2274
9. Kruse, O.; Hankamer, B. Curr. Opin. Biotechnol. 2010, 21, 238-243
10. Gloaguen, F.; Rauchfuss, T. B. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 100-108
11. Besora, M.; Lledos, A.; Maseras, F. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 957-966
12. Nagel, Z. D.; Klinman, J. P. Chem. Rev. 2006, 106, 3095-3118
13. McGrady, G. S.; Guilera, G. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 383-392
14. Stripp, S. T.; Happe, T. Dalton Trans. 2009, 9960-9969
15. Fontecilla-Camps, J. C.; Volbeda, A.; Cavazza, C.; Nicolet, Y. Chem. Rev. 2007, 107, 4273-4303
16. Peters, J. W.; Lanzilotta, W. N.; Lemon, B. J.; Seefeldt, L. C. Science 1998, 282, 1853-1858
17. Nicolet, Y.; Piras, C.; Legrand, P.; Hatchikian, C. E.; Fontecilla-Camps, J. C. Structure 1999, 7, 13-23
18. Pierik, A. J.; Roseboom, W.; Happe, R. P.; Bagley, K. A.; Albracht, S. P. J. Biol. Chem. 1999, 274, 3331-3337
19. Silakov, A.; Wenk, B.; Reijerse, E.; Lubitz, W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 6592-6599
20. Mulder, D. W.; Boyd, E. S.; Sarma, R.; Lange, R. K.; Endrizzi, J. A.; Broderick, J. B.; Peters, J. W. Nature 2010, 465, 248-251
21. Esselborn, J.; Lambertz, C.; Adamska-Venkatesh, A.; Simmons, T.; Berggren, G.; Noth, J.; Siebel, J.; Hemschemeier, A.; Artero, V.; Reijerse, E.; Fontecave, M.; Lubitz, W.; Happe, T. Nat. Chem. Biol. 2013, 9, 607-609
22. Berggren, G.; Adamska, A.; Lambertz, C.; Simmons, T. R.; Esselborn, J.; Atta, M.; Gambarelli, S.; Mouesca, J. M.; Reijerse, E.; Lubitz, W.; Happe, T.; Artero, V.; Fontecave, M. Nature 2013, 499, 66-69
23. Posewitz, M. C.; King, P. W.; Smolinski, S. L.; Zhang, L.; Seibert, M.; Ghirardi, M. L. J. Biol. Chem. 2004, 279, 25711-25720
24. Peters, J. W.; Broderick, J. B. Annu. Rev. Biochem. 2012, 81, 429-450
25. Shepard, E. M.; McGlynn, S. E.; Bueling, A. L.; Grady-Smith, C. S.; George, S. J.; Winslow, M. A.; Cramer, S. P.; Peters, J. W.; Broderick, J. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 10448-10453
26. Driesener, R. C.; Challand, M. R.; McGlynn, S. E.; Shepard, E. M.; Boyd, E. S.; Broderick, J. B.; Peters, J. W.; Roach, P. L. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2010, 49, 1687-1690
27. Czech, I.; Stripp, S.; Sanganas, O.; Leidel, N.; Happe, T.; Haumann, M. FEBS Lett. 2011, 585, 225-230
28. Czech, I.; Silakov, A.; Lubitz, W.; Happe, T. FEBS Lett. 2010, 584, 638-642
29. Pilet, E.; Nicolet, Y.; Mathevon, C.; Douki, T.; Fontecilla-Camps, J. C.; Fontecave, M. FEBS Lett. 2009, 583, 506-511
30. Kuchenreuther, J. M.; Myers, W. K.; Suess, D. L.; Stich, T. A.; Pelmenschikov, V.; Shiigi, S. A.; Cramer, S. P.; Swartz, J. R.; Britt, R. D.; George, S. J. Science 2014, 343, 424-427
31. Kuchenreuther, J. M.; Myers, W. K.; Stich, T. A.; George, S. J.; Nejatyjahromy, Y.; Swartz, J. R.; Britt, R. D. Science 2013, 342, 472-475
32. Knörzer, P.; Silakov, A.; Foster, C. E.; Armstrong, F. A.; Lubitz, W.; Happe, T. J. Biol. Chem. 2012, 287, 1489-1499
33. von Abendroth, G.; Stripp, S.; Silakov, A.; Croux, S.; Soucaille, S.; Girbal, L.; Happe, T. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 6076-6081
34. Kuchenreuther, J. M.; George, S. J.; Grady-Smith, C. S.; Cramer, S. P.; Swartz, J. R. PLoS One 2011, 6, e20346
35. Kuchenreuther, J. M.; Grady-Smith, C. S.; Bingham, A. S.; George, S. J.; Cramer, S. P.; Swartz, J. R. PLoS One 2010, 5, e15491
36. Adamska, A.; Silakov, A.; Lambertz, C.; Rudiger, O.; Happe, T.; Reijerse, E.; Lubitz, W. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2012, 51, 11458-11462
37. Mulder, D. W.; Ratzloff, M. W.; Shepard, E. M.; Byer, A. S.; Noone, S. M.; Peters, J. W.; Broderick, J. B.; King, P. W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6921-6929
38. Silakov, A.; Kamp, C.; Reijerse, E.; Happe, T.; Lubitz, W. Biochemistry 2009, 48, 7780-7786
39. Kamp, C.; Silakov, A.; Winkler, M.; Reijerse, E. J.; Lubitz, W.; Happe, T. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 410-416
40. Wait, A. F.; Brandmayr, C.; Stripp, S. T.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C.; Happe, T.; Armstrong, F. A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1282-1285
41. Roseboom, W.; De Lacey, A. L.; Fernandez, V. M.; Hatchikian, E. C.; Albracht, S. P. J. Biol. Inorg. Chem. 2006, 11, 102-118
42. Stripp, S. T.; Goldet, G.; Brandmayr, C.; Sanganas, O.; Vincent, K. A.; Haumann, M.; Armstrong, F. A.; Happe, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 17331-17336
43. Peters, J. W. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 9, 670-676
44. Lautier, T.; Ezanno, P.; Baffert, C.; Fourmond, V.; Cournac, L.; Fontecilla-Camps, J. C.; Soucaille, P.; Bertrand, P.; Meynial-Salles, I.; Leger, C. Faraday Discuss. 2011, 148, 385-407
45. Finkelmann, A. R.; Stiebritz, M. T.; Reiher, M. Chem. Sci. 2014, 5, 215-221
46. De Gioia, L.; Zampella, G.; Fantucci, P. Chem. Commun. 2010, 46, 8824-8826
47. Glatzel, P.; Bergmann, U. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 65-95
48. Lancaster, K. M.; Roemelt, M.; Ettenhuber, P.; Hu, Y.; Ribbe, M. W.; Neese, F.; Bergmann, U.; DeBeer, S. Science 2011, 334, 974-977
49. De Groot, F.; Kotani, A. Core Level Spectroscopy of Solids; Taylor & Francis CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2008.
50. Leidel, N.; Chernev, P.; Havelius, K. G.; Ezzaher, S.; Ott, S.; Haumann, M. Inorg. Chem. 2012, 51, 4546-4559
51. Hayashi, H. Anal. Sci. 2008, 24, 15-23
52. Glatzel, P.; Jacquamet, L.; Bergmann, U.; de Groot, F. M. F.; Cramer, S. P. Inorg. Chem. 2002, 41, 3121-3127
53. Izumi, Y.; Nagamori, H.; Kiyotaki, F.; Minato, T. J. Synchrotron Radiat. 2001, 8, 605-607
54. Wang, X.; Randall, C. R.; Peng, G.; Cramer, S. P. Chem. Phys. Lett. 1995, 243, 469-473
55. Grush, M. M.; Christou, G.; Haemaelaeinen, K.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 1995, 112, 5895-5896
56. Peng, G.; Wang, X.; Randall, C. R.; Moore, J. A.; Cramer, S. P. Appl. Phys. Lett. 1994, 65, 2527-2529
57. Wang, X.; De Groot, F.; Cramer, S. P. Phys. Rev. B 1997, 56, 4553-4564
58. Hamalainen, K.; Kao, C. C.; Hastings, J. B.; Siddons, D. P.; Berman, L. E.; Stojanoff, V.; Cramer, S. P. Phys. Rev. B 1992, 46, 14274-14277
59. Glatzel, P.; Mirone, A.; Eeckhout, S. G.; Sikora, M.; Giuli, G. Phys. Rev. B 2008, 77, 115133.1-115133.7
60. Lambertz, C.; Chernev, P.; Klingan, K.; Leidel, N.; Siegfridsson, K. G. V.; Happe, T.; Haumann, M. Chem. Sci. 2014, 5, 1187-1203
61. Lee, N.; Petrenko, T.; Bergmann, U.; Neese, F.; DeBeer, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9715-9727
62. Kirchner, B.; Wennmohs, F.; Ye, S.; Neese, F. Curr. Opin. Chem. Biol. 2007, 11, 134-141
63. Chandrasekaran, P.; Stieber, S. C. E.; Collins, T. J.; Que, L.; Neese, F.; DeBeer, S. Dalton Trans. 2011, 40, 11070-11079
64. Leidel, N.; Hsieh, C. H.; Chernev, P.; Sigfridsson, K. G.; Darensbourg, M. Y.; Haumann, M. Dalton Trans. 2013, 42, 7539-7554
65. Leidel, N.; Chernev, P.; Havelius, K. G.; Schwartz, L.; Ott, S.; Haumann, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14142-14157
66. Lambertz, C.; Leidel, N.; Havelius, K. G.; Noth, J.; Chernev, P.; Winkler, M.; Happe, T.; Haumann, M. J. Biol. Chem. 2011, 286, 40614-40623
67. Adamska-Venkatesh, A.; Krawietz, D.; Siebel, J.; Weber, K.; Happe, T.; Reijerse, E.; Lubitz, W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11339-11346
68. Adams, M. W.; Johnson, M. K.; Zambrano, I. C.; Mortenson, L. E. Biochimie 1986, 68, 35-42
69. Knölker, H. J.; Baum, E.; Goesmann, H.; Klauss, R. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 38, 2064-2066
70. Knölker, H. J.; Heber, J.; Mahler, C. H. Synlett 1992, 1002-1004
71. Zhao, X.; Georgakaki, I. P.; Miller, M. L.; Yarbrough, J. C.; Darensbourg, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9710-9711
72. Smith, J. M.; Lachicotte, R. J.; Holland, P. L. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 15752-15753
73. Leidel, N.; Popovic-Bijelic, A.; Havelius, K. G.; Chernev, P.; Voevodskaya, N.; Gräslund, A.; Haumann, M. Biochim. Biophys. Acta 2012, 1817, 430-444
74. Dau, H.; Liebisch, P.; Haumann, M. Anal Bioanal Chem. 2003, 376, 562-583
75. Klementiev, K. V. Freeware: http://www.cells.es/en/beamlines/bl22-claess/doc-claess-softwarexanes/view.
76. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098
77. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822
78. Schäfer, A.; Huber, C.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1994, 100, 5829-5835
79. Sinnecker, S.; Rajendran, A.; Klamt, A.; Diedenhofen, M.; Neese, F. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 2235-2245
80. Nicolet, Y.; de Lacey, A. L.; Vernede, X.; Fernandez, V. M.; Hatchikian, E. C.; Fontecilla-Camps, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1596-1601
81. Noodleman, L. J. Chem. Phys. 1981, 74, 5737-5743
82. Neese, F. J. Phys. Chem. Solids 2004, 65, 781-785
83. Lee, N.; Petrenko, T.; Bergmann, U.; Neese, F.; DeBeer, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9715-9727
84. DeBeer George, S.; Petrenko, T.; Neese, F. Inorg. Chim. Acta 2008, 361, 965-972
85. Li, H.; Rauchfuss, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 726-727
86. Buhrke, T.; Löscher, S.; Lenz, O.; Schlodder, E.; Zebger, I.; Andersen, L. K.; Hildebrandt, P.; Meyer-Klaucke, W.; Dau, H.; Friedrich, B.; Haumann, M. J. Biol. Chem. 2005, 280, 19488-19495
87. Löscher, S.; Gebler, A.; Stein, M.; Sanganas, O.; Buhrke, T.; Zebger, I.; Dau, H.; Friedrich, B.; Lenz, O.; Haumann, M. ChemPhysChem 2010, 11, 1297-1306
88. Fritsch, J.; Löscher, S.; Sanganas, O.; Siebert, E.; Zebger, I.; Stein, M.; Ludwig, M.; De Lacey, A. L.; Dau, H.; Friedrich, B.; Lenz, O.; Haumann, M. Biochemistry 2011, 50, 5858-5869
89. Cosper, N. J.; Eby, D. M.; Kounosu, A.; Kurosawa, N.; Neidle, E. L.; Kurtz, D. M., Jr.; Iwasaki, T.; Scott, R. A. Protein Sci. 2002, 11, 2969-2973
90. Pollock, C. J.; Delgado-Jaime, M. U.; Atanasov, M.; Neese, F.; DeBeer, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9453-9463
91. Lubitz, W.; Reijerse, E.; van Gastel, M. Chem. Rev. 2007, 107, 4331-4365
92. Stripp, S.; Sanganas, O.; Happe, T.; Haumann, M. Biochemistry 2009, 48, 5042-5049
93. Lemon, B. J.; Peters, J. W. Biochemistry 1999, 38, 12969-12973
94. Brecht, M.; Gastel, M. v.; Buhrke, T.; Friedrich, B.; Lubitz, W. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13075-13083
95. Huotari, S.; Simonelli, L.; Giordano, V.; Rintala, A.; Sahle, C.; Hakala, M.; Glatzel, P.; Vernbeni, R.; Monaco, G. J. Phys.: Condens. Matter 2014, 26, 135501-135511
96. De Groot, F.; Vanko, E.; Glatzel, P. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 104207-104214
97. Yu, L.; Greco, C.; Bruschi, M.; Ryde, U.; De Gioia, L.; Reiher, M. Inorg. Chem. 2011, 50, 3888-3900
98. Tye, J. W.; Darensbourg, M. Y.; Hall, M. B. Inorg. Chem. 2008, 47, 2380-2388
99. Bruschi, M.; Greco, C.; Kaukonen, M.; Fantucci, P.; Ryde, U.; De Gioia, L. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2009, 48, 3503-3506
100. Cornish, A. J.; Gartner, K.; Yang, H.; Peters, J. W.; Hegg, E. L. J. Biol. Chem. 2011, 286, 38341-38347
101. Dau, H.; Haumann, M. Coord. Chem. Rev. 2008, 252, 273-295
102. Winkler, M.; Esselborn, J.; Happe, T. Biochim. Biophys. Acta 2013, 1827, 974-985
103. Armstrong, F. A.; Hirst, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108, 14049-14054
104. Hajj, V.; Baffert, C.; Sybirna, K.; Meynial-Salles, I.; Soucaille, P.; Bottin, H.; Fourmond, V.; Leger, C. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 715-719
105. Pandey, A. S.; Harris, T. V.; Giles, L. J.; Peters, J. W.; Szilagyi, R. K. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4533-4540