Comprehensive fe-ligand vibration identification in {FeNO}6 Hemes

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 52, 2014, Pages 18100-18110

  Li, Jianfeng ^a,b   Peng, Qian ^b   Oliver, Allen G ^b   Alp, E Ercan ^c   Hu, Michael Y ^c   Zhao, Jiyong ^c   Sage, J Timothy ^d   Scheidt, W Robert ^b  

^a UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES   (China)

^b UNIVERSITY OF NOTRE DAME   (United States)

^c ARGONNE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^d NORTHEASTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CRYSTAL STRUCTURE; FORECASTING; LIGANDS; PORPHYRINS; SINGLE CRYSTALS;

BONDING INTERACTIONS; COORDINATION NUMBER; EXPERIMENTAL SPECTRA; NUCLEAR RESONANCE VIBRATIONAL SPECTROSCOPY; STRETCHING MODES; STRONG CORRELATION; VIBRATION IDENTIFICATIONS; VIBRATIONAL MODES;

IRON COMPOUNDS;

HEME DERIVATIVE; IMIDAZOLE DERIVATIVE; IRON; LIGAND; PORPHYRIN; HEME;

ARTICLE; CALCULATION; CHEMICAL BINDING; CHEMICAL INTERACTION; CONTROLLED STUDY; CRYSTAL; CRYSTAL STRUCTURE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; PREDICTION; STRETCHING; VIBRATION; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; CONFORMATION; QUANTUM THEORY;

HEME; IRON; LIGANDS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR CONFORMATION; QUANTUM THEORY; VIBRATION;

EID: 84920288866     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja5105766     Document Type: Article

References (104)

1. Ghosh, A., Ed. The Smallest Biomolecules: Diatomics and Their Interactions with Heme Protein; Elsevier: Amsterdam, 2008.
2. Rodgers, K. R. Curr. Opin. Chem. Biol. 1999, 3, 158
3. Ma, X.; Sayed, N.; Bueve, A.; van den Akker, F. EMBO J. 2007, 26, 578
4. Nioche, P.; Berka, V.; Vipond, J.; Minton, N.; Tsai, A.; Raman, C. S. Science 2004, 306, 1550
5. Erbil, W. K.; Price, M. S.; Wemmer, D. E.; Marletta, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 19753
6. Richter-Addo, G. B.; Legzdins, P.; Burstyn, J., Eds. Chem. Rev. 2002, 102, 857-1270.
7. Enemark, J. H.; Feltham, R. D. Coord. Chem. Rev. 1974, 13, 339
8. Ignarro, L. J. Nitric Oxide: Biology and Pathobiology, 2 nd ed.; Elsevier: Amsterdam, 2010.
9. Kots, A. Y.; Martin, E.; Sharina, I. G.; Murad, F. In Handbook of Experimental Pharmacology; Schmidt, H. H.; Hofmann, F.; Stasch, J.-P., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, 2009; pp 1-14.
10. Russwurm, M.; Koesling, D. EMBO J. 2004, 23, 4443
11. Moncada, S.; Palmer, R. M. J.; Higgs, E. A. Pharmacol. Rev. 1991, 43, 109
12. Snyder, S. H. Science 1992, 257, 494
13. Butler, A. R.; Williams, D. L. H. Chem. Soc. Rev. 1993, 233
14. Stamler, J. S.; Singel, D. J.; Loscalzo, J. Science 1992, 258, 1898
15. Hughes, M. N. Biochim. Biophys. Acta 1999, 1411, 263
16. Cooper, C. E. Biochim. Biophys. Acta 1999, 1411, 290
17. Drapier, J.-C.; Pellat, C.; Henry, Y. J. Biol. Chem. 1991, 266, 10162
18. Stadler, J.; Bergonia, H. A.; Di Silvio, M.; Sweetland, M. A.; Billiar, T. R.; Simmons, R. L.; Lancaster, J. R. Arch. Biochem. Biophys. 1993, 302, 4
19. Terenzi, F.; Diaz-Guerra, M. J. M.; Casado, M.; Hortelano, S.; Leoni, S.; Bosca, L. J. Biol. Chem. 1995, 270, 6017
20. Lehnert, N.; Scheidt, W. R.; Wolf, M. W. Struct. Bonding (Berlin) 2014, 154, 155
21. Walker, F. A. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 216
22. Fülöp, V.; Moir, J. W. B.; Ferguson, S. J.; Hajdu, J. Cell 1995, 81, 369
23. Wasser, I. M.; de Vries, S.; Moenne-Loccoz, P.; Schroder, I.; Karlin, K. D. Chem. Rev. 2002, 102, 1201
24. Ellison, M. K.; Schulz, C. E.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2000, 39, 5102
25. Scheidt, W. R.; Lee, Y. J.; Hatano, K. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 3191
26. Ellison, M. K.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5210
27. Ozawa, S.; Sakamoto, E.; Ichikawa, T.; Watanabe, Y.; Morishima, I. Inorg. Chem. 1995, 34, 6362
28. Mu, X. H.; Kadish, K. M. Inorg. Chem. 1988, 27, 4720
29. Fujita, E.; Fajer, J. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 6743
30. Debrunner, P. G. In Iron Porphyrins; Lever, A. B. P.; Gray, H. B., Eds.; VCH Publishers Inc.: New York, 1983; Part 3, Chapter 2.
31. Pauling, L.; Coryell, C. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1936, 22, 210
32. Chen, H.; Ikeda-Saito, M.; Shaik, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14778
33. Benko, B.; Yu, N. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1983, 80, 7042
34. Soldatova, A. V.; Ibrahim, M.; Olson, J. S.; Czernuszewicz, R. S.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4614
35. Praneeth, V. K. K.; Paulat, F.; Berto, T. C.; DeBeer George, S.; Naether, C.; Sulok, C. D.; Lehnert, N. J. Am. Chem. Soc. 2008, 132, 15288
36. Moeser, B.; Janoschka, A.; Wolny, J. A.; Paulsen, H.; Filippov, I.; Berry, R. E.; Zhang, H.; Chumakov, A. I.; Walker, F. A.; Schünemann, V. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4216
37. Sage, J. T.; Paxson, C.; Wyllie, G. R. A.; Sturhahn, W.; Durbin, S. M.; Champion, P. M.; Alp, E. E.; Scheidt, W. R. J. Phys.: Condens. Matter 2001, 13, 7707
38. Scheidt, W. R.; Durbin, S. M.; Sage, J. T. J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 60
39. Zeng, W.; Silvernail, N. J.; Scheidt, W. R.; Sage, J. T. Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopy (NRVS). In Applications of Physical Methods to Inorganic and Bioinorganic Chemistry; Scott, R. A.; Lukehart, C. M., Eds.; John Wiley and Sons, Ltd.: Chichester, UK, 2007; pp 401-421.
40. Pavlik, J. W.; Barabanchikov, A.; Oliver, A. G.; Alp, E. E.; Sturhahn, W.; Zhao, J.; Sage, J. T.; Scheidt, W. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 4400
41. Zhu, L.; Sage, J. T.; Champion, P. M. Science 1994, 266, 629
42. Milgram, B. C.; Eskildsen, K.; Richter, S. M.; Scheidt, W. R.; Scheidt, K. A. J. Org. Chem. 2007, 72, 3941
43. Dodd, R. E.; Robinson, P. L. Experimental Inorganic Chemistry; Elsevier: New York, 1957; p 253.
44. Landergren, M.; Baltzer, L. Inorg. Chem. 1990, 29, 556
45. Scheidt, W. R.; Cohen, I. A.; Kastner, M. E. Biochemistry 1979, 18, 3546
46. Ellison, M. K.; Schulz, C. E.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13833
47. Scheidt, W. R.; Geiger, D. K.; Lee, Y. J.; Reed, C. A.; Lang, G. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 5693
48. Sheldrick, G. M. Program for Empirical Absorption Correction of Area Detector Data; Universität Göttingen: Germany, 1996.
49. Sheldrick, G. M. Acta Crystallogr., Sect. A 2008, A64, 112
50. Macrae, C. F.; Edgington, P. R.; McCabe, P.; Pidcock, E.; Shields, G. P.; Taylor, R.; Towler, M.; van de Streek, J. J. Appl. Crystallogr. 2006, 39, 453
51. Bruno, I. J.; Cole, J. C.; Edgington, P. R.; Kessler, M. K.; Macrae, C. F.; McCabe, P.; Pearson, J.; Taylor, R. Acta Crystallogr. 2002, B58, 389
52. Taylor, R.; Macrae, C. F. Acta Crystallogr. 2001, B57, 815
53. Toellner, T. S. Hyperfine Interact. 2000, 125, 3
54. Sturhahn, W.; Toellner, T. S.; Alp, E. E.; Zhang, X. W.; Ando, M.; Yoda, Y.; Kikuta, S.; Seto, M.; Kimball, C. W.; Dabrowski, B. Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 3832
55. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, revision A.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
56. Becke, A. D. Phys. Rev. 1988, A38, 3098
57. Perdew, J. P. Phys. Rev. 1986, B33, 8822
58. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194101
59. Schäfer, A.; Horn, H.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1992, 97, 2571
60. Peng, Q.; Pavlik, J. W.; Scheidt, W. R.; Wiest, O. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 214
61. Scheidt, W. R.; Reed, C. A. Chem. Rev. 1981, 81, 543
62. Silvernail, N. J.; Noll, B. C.; Schulz, C. E.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2006, 45, 7050
63. Silvernail, N. J.; Noll, B. C.; Scheidt, W. R., manuscript in preparation.
64. Silvernail, N. J.; Roth, A.; Schulz, C. E.; Noll, B. C.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14422
65. Kim, K.; Fettinger, J. C.; Sessler, J. L.; Cyr, M.; Hugdahl, J.; Collman, J. P.; Ibers, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 403
66. Linder, D. P.; Silvernail, N. J.; Barabanschikov, A.; Zhao, J.; Alp, E. E.; Sturhahn, W.; Sage, J. T.; Scheidt, W. R.; Rodgers, K. R. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9818
67. Pavlik, J. W.; Peng, Q.; Silvernail, N. J.; Alp, E. E.; Hu, M. Y.; Zhao, J.; Sage, J. T.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2014, 53, 2582
68. Leu, B. M.; Silvernail, N. J.; Zgierski, M. Z.; Wyllie, G. R. A.; Ellison, M. K.; Scheidt, W. R.; Zhao, J.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Sage, J. T. Biophys. J. 2007, 92, 3764
69. Zeng, W.; Silvernail, N. J.; Wharton, D. C.; Georgiev, G. Y.; Leu, B. M.; Scheidt, W. R.; Zhao, J.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Sage, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11200
70. Silvernail, N. J.; Barabanschikov, A.; Pavlik, J. W.; Noll, B. C.; Zhao, J.; Alp, E. E.; Sturhahn, W.; Sage, J. T.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2200
71. Paulat, F.; Berto, T. C.; DeBeer George, S.; Goodrich, L.; Praneeth, V. K. K.; Sulok, C. D.; Lehnert, N. Inorg. Chem. 2008, 47, 11449
72. Scheidt, W. R.; Frisse, M. E. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 17
73. Ellison, M. K.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7404
74. Scheidt, W. R.; Duval, H. F.; Neal, T. J.; Ellison, M. K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4651
75. Bohle, D. S.; Debrunner, P.; Fitzgerald, J.; Hansert, B.; Hung, C.-H.; Thompson, A. J. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1997, 91
76. Wyllie, G. R. A.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2003, 42, 4259
77. Silvernail, N. J.; Olmstead, M. M.; Noll, B. C.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2009, 48, 971
78. Wyllie, G. R. A.; Silvernail, N. J.; Oliver, A. G.; Schulz, C. E.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2014, 53, 3763
79. Leu, B.; Zgierski, M.; Wyllie, G. R. A.; Scheidt, W. R.; Sturhahn, W.; Alp, E. E.; Durbin, S. M.; Sage, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4211
80. Goodrich, L. E.; Paulat, F.; Praneeth, V. K. K.; Lehnert, N. Inorg. Chem. 2010, 49, 6293
81. Scheidt, W. R.; Barabanschikov, A.; Pavlik, J. W.; Silvernail, N. J.; Sage, J. T. Inorg. Chem. 2010, 49, 6240
82. Hori, H.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 3608
83. Teraoka, J.; Kitagawa, T. J. Biol. Chem. 1981, 256, 3969
84. Salmeen, I.; Rimai, L.; Babcock, G. T. Biochemistry 1978, 17, 800
85. Kitagawa, T.; Nagai, K.; Tsubaki, M. FEBS Lett. 1979, 104, 376
86. Argade, P. V.; Sassaroli, M.; Rousseau, D. L.; Inubushi, T.; Ikeda-Saito, M.; Lapidot, A. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 6593
87. Matsukawa, S.; Kawatari, K.; Yoneyama, Y.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1108
88. Hashimoto, S.; Teraoka, J.; Inubushi, T.; Yonetani, T.; Kitagawa, T. J. Biol. Chem. 1986, 261, 11110
89. Babcock, G. T.; Ingle, R. T.; Oertling, W. A.; Davis, J. C.; Averill, B. A.; Hulse, C. L.; Stufkens, D. J.; Bolscher, B. G. J. M.; Wever, R. Biochim. Biophys. Acta 1985, 828, 58
90. Manthey, J.; Boldt, N. J.; Bocian, D. F.; Chan, S. I. J. Biol. Chem. 1986, 261, 6734
91. Deinum, G.; Stone, J. R.; Babcock, G. T.; Marletta, M. A. Biochemistry 1996, 35, 1540
92. Kitagawa, T. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; John Wiley and Sons, Inc.: New York, 1988; pp 97-132.
93. Hu, C.; Peng, Q.; Silvernail, N. J.; Barabanschikov, A.; Zhao, J.; Alp, E. E.; Sturhahn, W. J.; Sage, J. T.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2013, 52, 3170
94. Lauraeus, M.; Wikstrom, M.; Varotsis, C.; Tecklenburg, M. M.; Babcock, G. T. Biochemistry 1992, 31, 10054
95. Einarsdóttir, O.; Dyer, R. B.; Killough, P. M.; Fee, J. A.; Woodruff, W. H. Proc. SPIE 1989, 1055, 254
96. Einarsdóttir, O.; McDonald, W.; Funatogawa, C.; Szundi, I.; Woodruff, W. H.; Dyer, R. B. Biochim. Biophys. Acta 2015, 1847, 109
97. Wyllie, G. R. A.; Schulz, C. E.; Scheidt, W. R. Inorg. Chem. 2003, 42, 5722
98. Lehnert, N.; Sage, J. T.; Silvernail, N.; Scheidt, W. R.; Alp, E. E.; Sturhahn, W.; Zhao, J. Inorg. Chem. 2010, 49, 7197
99. Li, J.; Peng, Q.; Barabanchikov, A.; Pavlik, J. W.; Alp, E. E.; Sturhahn, W.; Zhao, J.; Schulz, C. E.; Sage, J. T.; Scheidt, W. R. Chem. - Eur. J. 2011, 17, 11178
100. Li, J.; Noll, B. C.; Oliver, A. G.; Schulz, C. E.; Scheidt, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15627
101. Linder, D. P.; Rodgers, K. R. Inorg. Chem. 2005, 44, 1367
102. Serres, R. G.; Grapperhaus, C. A.; Bothe, E.; Bill, E.; WeyhermYller, T.; Neese, F.; Wieghardt, K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5138
103. Bade, D.; Parak, F. Z. Naturforsch. 1978, 33c, 488
104. Lanucara, F.; Chiavarino, B.; Crestoni, M. E.; Scuderi, D.; Sinha, R. K.; Matre, P.; Fornarini, S. Inorg. Chem. 2011, 50, 4445