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Ultrafast Hem-residue Bond Formation in Six-Coordinate Heme Proteins : Implications for Functional Ligand Exchange

Authors :
Michael C. Marden
Laurent Kiger
Christophe Lechauve
Alain Desbois
Eve de Rosny
Eric Pilet
Ursula Liebl
Marten H. Vos
Andrea Battistoni
Système membranaires, photobiologie, stress et détoxication (SMPSD)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service de Bioénergétique, Biologie Stucturale, et Mécanismes (SB2SM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'optique et biosciences (LOB)
École polytechnique (X)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Dipartimento de Biologia
Università degli Studi di Roma Tor Vergata [Roma]
Pathologie de la polymérisation des protéines. Substitut du sang et pathologie moléculaire du globule rouge
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-IFR93-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Laboratoire de Cristallographie et Cristallogénèse des Protéines (LCCP)
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 )
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Système membranaires, photobiologie, stress et détoxication ( SMPSD )
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Service de Bioénergétique, Biologie Stucturale, et Mécanismes ( SB2SM )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC )
Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Vos, Marten
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Lentz, Celine
Source :
Biochemistry, Biochemistry, American Chemical Society, 2008, 47, pp.5718-5723, Biochemistry, American Chemical Society, 2008, 47 (21), pp.5718-23. ⟨10.1021/bi800288z⟩, Biochemistry, 2008, 47, pp.5718-5723, Biochemistry, 2008, 47 (21), pp.5718-23. ⟨10.1021/bi800288z⟩
Publication Year :
2008
Publisher :
HAL CCSD, 2008.

Abstract

International audience; A survey is presented of picosecond kinetics of heme-residue bond formation after photolysis of histidine, methionine, or cysteine, in a broad range of ferrous six-coordinate heme proteins. These include human neuroglobin, a bacterial heme-binding superoxide dismutase (SOD), plant cytochrome b 559, the insect nuclear receptor E75, horse heart cytochrome c and the heme domain of the bacterial sensor protein Dos. We demonstrate that the fastest and dominant phase of binding of amino acid residues to domed heme invariably takes place with a time constant in the narrow range of 5-7 ps. Remarkably, this is also the case in the heme-binding SOD, where the heme is solvent-exposed. We reason that this fast phase corresponds to barrierless formation of the heme-residue bond from a configuration close to the bound state. Only in proteins where functional ligand exchange occurs, additional slower rebinding takes place on the time scale of tens of picoseconds after residue dissociation. We propose that the presence of these slower phases reflects flexibility in the heme environment that allows external ligands (O2, CO, NO, . . .) to functionally replace the internal residue after thermal dissociation of the heme-residue bond.

Details

Language :
English
ISSN :
00062960 and 15204995
Database :
OpenAIRE
Journal :
Biochemistry, Biochemistry, American Chemical Society, 2008, 47, pp.5718-5723, Biochemistry, American Chemical Society, 2008, 47 (21), pp.5718-23. ⟨10.1021/bi800288z⟩, Biochemistry, 2008, 47, pp.5718-5723, Biochemistry, 2008, 47 (21), pp.5718-23. ⟨10.1021/bi800288z⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....713db8b635d35d8ab6bc61781f3c7904
Full Text :
https://doi.org/10.1021/bi800288z⟩