Heterobimetallic Models of the [NiFe] Hydrogenases: A Structural and Spectroscopic Comparison

Comments on Inorganic Chemistry

Volumn 36, Issue 3, 2016, Pages 123-140

  Behnke, Shelby L ^a   Shafaat, Hannah S ^a  

^a OHIO STATE UNIVERSITY   (United States)

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biomimetic; EPR spectroscopy; FTIR spectroscopy; metal hydrides; redox chemistry

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EID: 84951871879     PISSN: 02603594     EISSN: 15489574     Source Type: Journal    
DOI: 10.1080/02603594.2015.1108914     Document Type: Note

References (85)

1. International Energy Agency. DOE International Energy Outlook 2014; 2014.
2. T.F.Stocker, ; D.Qin, ; G.-K.Plattner, ; M.Tignor, ; S.K.Allen, ; J.Boschung, ; A.Nauels, ; Y.Xia, ; V.Bex, ; P.M.Midgley, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change; 2013. Cambridge, UK and New York, NY: Cambridge University Press.
3. C.Tard, ; C.J.Pickett, Chem. Rev. 2009, 109, 2245–2274.
4. W.Lubitz, ; H.Ogata, ; O.Rüdiger, ; E.Reijerse, Chem. Rev. 2014, 114, 4081–4148.
5. H.Ogata, ; K.Nishikawa, ; W.Lubitz, Nature 2015, 520, 571–574.
6. R.D.Bethel, ; M.Y.Darensbourg, In Bioorganometallic Chemistry; G.Jaouen, ; M.Salmain,, Eds.; Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2014; 239–272.
7. P.M.Vignais, ; B.Billoud, Chem. Rev. 2007, 107, 4206–4272.
8. C.L.McIntosh, ; F.Germer, ; R.Schulz, ; J.Appel, ; A.K.Jones, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11308–11319.
9. M.Horch, ; L.Lauterbach, ; O.Lenz, ; P.Hildebrandt, ; I.Zebger, FEBS Lett. 2012, 586, 545–556.
10. J.Ratzka, ; L.Lauterbach, ; O.Lenz, ; M.B.Ansorge-Schumacher, Biocatal. Biotransformation 2012, 29, 246–252.
11. H.S.Shafaat, ; O.Rüdiger, ; H.Ogata, ; W.Lubitz, Biochim. Biophys. Acta BBA: Bioenerg. 2013, 1827, 986–1002.
12. M.C.Marques, ; R.Coelho, ; I.A.C.Pereira, ; P.M.Matias, Int. J. Hydrog. Energy 2013, 38, 8664–8682.
13. B.E.Barton, ; M.T.Olsen, ; T.B.Rauchfuss, Curr. Opin. Biotechnol. 2010, 21, 292–297.
14. D.Sellmann, ; F.Lauderbach, ; F.Geipel, ; F.W.Heinemann, ; M.Moll, Angew. Chem.-Int. Ed. 2004, 43, 3141–3144.
15. Y.Ohki, ; K.Tatsumi, Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 973–985.
16. S.Canaguier, ; M.Field, ; Y.Oudart, ; J.Pecaut, ; M.Fontecave, ; V.Artero, Chem.Commun. 2010, 46, 5876–5878.
17. S.Canaguier, ; V.Fourmond, ; C.U.Perotto, J.Fize, ; J.Pécaut, ; M.Fontecave, ; M.J.Field, ; V.Artero, Chem. Commun. 2013, 49, 5004–5006.
18. J.L.Dempsey, ; B.S.Brunschwig, ; J.R.Winkler, ; H.B.Gray, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1995–2004.
19. C.J.Curtis, ; A.Miedaner, ; R.Ciancanelli, ; W.W.Ellis, ; B.C.Noll, M.Rakowski DuBois, ; D.DuBois, Inorg. Chem. 2003, 42, 216–227.
20. P.Du, ; R.Eisenberg, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6012.
21. R.C.Driesener, ; M.R.Challand, ; S.E.McGlynn, ; E.M.Shepard, ; E.S.Boyd, ; J.B.Broderick, ; J.W.Peters, ; P.L.Roach, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1687–1690.
22. D.W.Mulder, ; E.M.Shepard, ; J.E.Meuser, ; N.Joshi, ; P.W.King, ; M.C.Posewitz, ; J.B.Broderick, ; J.W.Peters, Structure 2011, 19, 1038–1052.
23. C.Baffert, ; V.Artero, ; M.Fontecave, Inorg. Chem. 2007, 46, 1817–1824.
24. S.Canaguier, ; M.Fontecave, ; V.Artero, Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 2011, 1094–1099.
25. C.-H.Lai, ; J.H.Reibenspies, ; M.Y.Darensbourg, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1996, 35, 2390–2393.
26. S.Ott, ; M.Kritikos, ; B.Åkermark, ; L.Sun, ; R.Lomoth, Angew. Chem. 2004, 116, 1024–1027.
27. H.I.Karunadasa, ; C.J.Chang, ; J.R.Long, Nature 2010, 464, 1329–1333.
28. Y.Sun, ; J.P.Bigi, ; N.A.Piro, ; M.L.Tang, ; J.R.Long, ; C.J.Chang, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9212–9215.
29. H.I.Karunadasa, ; E.Montalvo, ; Y.Sun, ; M.Majda, ; J.R.Long, ; C.J.Chang, Science 2012, 335, 698–702.
30. S.Dutta, Comptes Rendus Chim. 2011, 14, 1029–1053.
31. V.S.Thoi, ; Y.Sun, ; J.R.Long, ; C.Chang, J. Chem. Soc. Rev. 2013, 135, 14413–14424.
32. A.Volbeda, ; M.-H.Charon, ; C.Piras, ; E.C.Hatchikian, ; M.Frey, ; J.C.Fontecilla-Camps, Nature 1995, 373, 580–587.
33. F.Osterloh, ; W.Saak, ; D.Haase, ; S.Pohl, Chem. Commun. 1997, 979–980.
34. D.Sellmann, ; F.Geipel, ; F.W.Heinemann, Chem. – Eur. J. 2002, 8, 958–966.
35. W.Zhu, ; A.C.Marr, ; Q.Wang, ; F.Neese, ; D.J.E.Spencer, ; A.J.Blake, ; P.A.Cooke, ; C.Wilson, ; M.Schröder, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 18280–18285.
36. Y.Higuchi, ; H.Ogata, ; K.Miki, ; N.Yasuoka, ; T.Yagi, Struct. Lond. Engl. 1993 1999, 7, 549–556.
37. B.E.Barton, ; C.M.Whaley, ; T.B.Rauchfuss, ; D.L.Gray, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6942–6943.
38. B.E.Barton, ; T.B.Rauchfuss, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14877–14885.
39. M.E.Carroll, ; B.E.Barton, ; D.L.Gray, ; A.E.Mack, ; T.B.Rauchfuss, Inorg. Chem. 2011, 50, 9554–9563.
40. B.C.Manor, ; T.B.Rauchfuss, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11895–11900.
41. B.Manor, Incorporation of Cyanide Ligands into Models of [FeFe]-and [NiFe]-Hydrogenase, Ph.D. dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign, IL, 2015.
42. R.Bau, ; R.G.Teller, ; S.W.Kirtley, ; T.F.Koetzle, Acc. Chem. Res. 1979, 12, 176–183.
43. M.T.Huynh, ; D.Schilter, ; S.Hammes-Schiffer, ; T.B.Rauchfuss, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 12385–12395.
44. H.Ogata, ; K.Nishikawa, ; W.Lubitz, Nature 2015, 520, 571–574.
45. M.Brecht, ; M.van Gastel, ; T.Buhrke, ; B.Friedrich, ; W.Lubitz, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13075–13083.
46. A.Pardo, ; A.De Lacey, ; V.Fernández, ; H.-J.Fan, ; Y.Fan, ; M.Hall, J. Biol. Inorg. Chem. 2006, 11, 286.
47. P.E.M.Siegbahn, ; J.W.Tye, ; M.B.Hall, Chem. Rev. 2007, 107, 4414–4435.
48. J.E.Huyett, ; M.Carepo, ; A.Pamplona, ; R.Franco, ; I.Moura, ; J.J.G.Moura, ; B.M.Hoffman, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9291–9292.
49. K.K.Surerus, ; M.Chen, ; J.W.van der Zwaan, ; F.M.Rusnak, ; M.Kolk, ; E.C.Duin, ; S.P.J.Albracht, ; E.Muenck, Biochemistry 1994, 33, 4980–4993.
50. D.J.Darensbourg, ; J.H.Reibenspies, ; C.-H.Lai, ; W.-Z.Lee, ; M.Darensbourg, Y. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7903–7904.
51. K.Weber, ; T.Krämer, ; H.S.Shafaat, ; T.Weyhermüller, ; E.Bill, ; M.van Gastel, ; F.Neese, ; W.Lubitz, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20745–20755.
52. H.Ogata, ; T.Krämer, ; H.Wang, ; D.Schilter, ; V.Pelmenschikov, ; M.van Gastel, ; F.Neese, ; T.B.Rauchfuss, ; L.B.Gee, ; A.D.Scott, ; Y.Yoda, ; Y.Tanaka, ; W.Lubitz, ; S.P.Cramer, Nat. Commun. 2015, 6.
53. K.A.Bagley, ; C.J.Van Garderen, ; M.Chen, ; W.H.Woodruff, ; E.C.Duin, ; S.P.J.Albracht, Biochemistry 1994, 33, 9229–9236.
54. J.W.Vanderzwaan, ; S.P.J.Albracht, ; R.D.Fontijn, ; E.C.Slater, Febs Lett. 1985, 179, 271–277.
55. S.P.J.Albracht, Biochim. Biophys. Acta 1993, 1144, 221–224.
56. S.P.J.Albracht, ; D.Ankel-Fuchs, ; R.Böcher, ; J.Ellermann, ; J.Moll, ; J.W.van der Zwaan, ; R.K.Thauer, Biochim. Biophys. Acta BBA: Protein Struct. Mol. Enzymol. 1988, 955, 86–102.
57. A.Volbeda, ; E.Garcin, ; C.Piras, ; A.L.De Lacey, ; V.M.Fernandez, ; C.E.Hatchikian, ; M.Frey, ; J.C.Fontecilla-Camps, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12989.
58. P.Kellers, ; M.-E.Pandelia, ; L.J.Currell, ; H.Görner, ; W.Lubitz, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 8680.
59. A.L.de Lacey, ; E.C.Hatchikian, ; A.Volbeda, ; M.Frey, ; J.C.Fontecilla-Camps, ; V.M.Fernandez, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7181–7189.
60. A.L.De Lacey, ; V.M.Fernandez, ; M.Rousset, ; R.Cammack, Chem. Rev. 2007, 107, 4304.
61. B.C.Manor, ; T.B.Rauchfuss, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11895–11900.
62. S.Tanino, ; Z.Li, ; Y.Ohki, ; K.Tatsumi, Inorg. Chem. 2009, 48, 2358–2360.
63. F.Roncaroli, ; E.Bill, ; B.Friedrich, ; O.Lenz, ; W.Lubitz, ; M.-E.Pandelia, Chem. Sci. 2015, 6, 4495–4507.
64. M.van Gastel, ; W.Lubitz, In High Resolution EPR, Vol. 28; L.Berliner, ; G.Hanson,, Eds.; Springer: New York, 2009; 441–470.
65. G.M.Chambers, ; J.Mitra, ; T.B.Rauchfuss, ; M.Stein, Inorg. Chem. 2014, 53, 4243–4249.
66. E.Siebert, ; M.Horch, ; Y.Rippers, ; J.Fritsch, ; S.Frielingsdorf, ; O.Lenz, ; F.Velazquez-Escobar, ; F.Siebert, ; L.Paasche, ; U.Kuhlmann, ; F.Lendzian, ; M.-A.Mroginski, ; I.Zebger, ; P.Hildebrandt, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5162–5165.
67. H.S.Shafaat, ; K.Weber, ; T.Petrenko, ; F.Neese, ; W.Lubitz, Inorg. Chem. 2012, 51, 11787–11797.
68. M.Kampa, ; M.E.Pandelia, ; W.Lubitz, ; M.van Gastel, ; F.Neese, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3915–3925.
69. R.Hidalgo, ; P.A.Ash, ; A.J.Healy, ; K.A.Vincent, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7110–7113.
70. J.Hanss, ; H.-J.Krüger, Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 360–363.
71. J.W.Slater, ; H.S.Shafaat, J. Phys. Chem. Lett. 2015, 3731–3736.
72. D.Schilter, ; M.J.Nilges, ; M.Chakrabarti, ; P.A.Lindahl, ; T.B.Rauchfuss, ; M.Stein, Inorg. Chem. 2012, 51, 2338–2348.
73. T.Krämer, ; M.Kampa, ; W.Lubitz, ; M.van Gastel, ; F.Neese, ChemBioChem 2013, 14, 1898–1905.
74. H.Wang, ; C.Y.Ralston, ; D.Patil, ; R.M.Jones, ; W.Gu, ; M.Verhagen, ; M.Adams, ; P.Ge, ; C.G.Riordan, ; C.A.Marganian, ; P.Mascharak, ; J.Kovacs, ; C.G.Miller, ; T.J.Collins, ; S.Brooker, ; P.D.Croucher, ; K.Wang, ; E.I.Steifel, ; S.P.Cramer, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10544–10552.
75. H.Wang, ; D.S.Patil, ; C.Y.Ralston, ; C.Bryant, ; S.P.Cramer, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2001, 114, 865–871.
76. T.Burgdorf, ; S.Loscher, ; P.Liebisch, ; E.Van der Linden, ; M.Galander, ; F.Lendzian, ; W.Meyer-Klaucke, ; S.P.J.Albracht, ; B.Friedrich, ; H.Dau, ; M.Haumann, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 576–592.
77. A.E.Mack, Modeling the Active Site of [NiFe]-Hydrogenase, M.S. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign, IL, 2010.
78. S.Ogo, ; K.Ichikawa, ; T.Kishima, ; T.Matsumoto, ; H.Nakai, ; K.Kusaka, ; T.Ohhara, Science 2013, 339, 682–684.
79. A.Kochem, ; E.Bill, ; F.Neese, ; M.van Gastel, Chem. Commun. 2015, 51, 2099–2102.
80. S.Davies, ; D.Evans, ; D.Hughes, ; J.Roger Sanders, ; et al. Chem. Commun. 1999, 1935–1936.
81. D.Schilter, ; V.Pelmenschikov, ; H.Wang, ; F.Meier, ; L.B.Gee, ; Y.Yoda, ; M.Kaupp, ; T.B.Rauchfuss, ; S.P.Cramer, Chem. Commun. 2014, 50, 13469–13472.
82. S.Kamali, ; H.Wang, ; D.Mitra, ; H.Ogata, ; W.Lubitz, ; B.C.Manor, ; T.B.Rauchfuss, ; D.Byrne, ; V.Bonnefoy, ; F.E.Jenney, ; M.W.W.Adams, ; Y.Yoda, ; E.Alp, ; J.Zhao, ; S.P.Cramer, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 724–728.
83. M.Horch, ; J.Schoknecht, ; M.A.Mroginski, ; O.Lenz, ; P.Hildebrandt, ; I.Zebger, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9870–9873.
84. S.Frielingsdorf, ; J.Fritsch, ; A.Schmidt, ; M.Hammer, ; J.Löwenstein, ; E.Siebert, ; V.Pelmenschikov, ; T.Jaenicke, ; J.Kalms, ; Y.Rippers, ; F.Lendzian, ; I.Zebger, ; C.Teutloff, ; M.Kaupp, ; R.Bittl, ; P.Hildebrandt, ; B.Friedrich, ; O.Lenz, ; P.Scheerer, Nat. Chem. Biol. 2014, 10, 378–385.
85. E.Siebert, ; Y.Rippers, ; S.Frielingsdorf, ; J.Fritsch, ; A.Schmidt, ; J.Kalms, ; S.Katz, ; O.Lenz, ; P.Scheerer, ; L.Paasche, ; V.Pelmenschikov, ; U.Kuhlmann, ; M.A.Mroginski, ; I.Zebger, ; P.Hildebrandt, J. Phys. Chem. B 2015, 119, 13785–13796.