Investigations of ferric heme cyanide photodissociation in myoglobin and horseradish peroxidase.
Investigations of ferric heme cyanide photodissociation in myoglobin and horseradish peroxidase.
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肌红蛋白和辣根过氧化物酶中血红素氰化铁光解的研究。
DOI：
10.1021/jp401224f
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Champion,PaulM
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zeng,Weiqiao;Sun,Yuhan;Benabbas,Abdelkrim;Champion,PaulM
已明确观察到氰化物从铁肌红蛋白（MbCN）和辣根过氧化物酶（HRPCN）的光解。这对超快IR的解释具有影响（Helbing等人，Bioprotein. J.2004，87，1881-1891）和光学（Gruia等人，Biopolymer. J.2008，94，2252-2268）的研究，这些研究先前已经表明Fe-CN键在MbCN中是光稳定的。铁的MbCN的光解发生的量子产率为1.75%，和共振拉曼光谱的光产物在稳态实验中观察到的激光功率和样品旋转速率的函数是相同的铁Mb（metMb）。使用一个简单的模型对数据进行了定量分析，其中氰化物被光解，尽管以kBA <$（3.6 ps）− 1的速率进行的成对再结合是主要过程，但一些CN-从远端血红素口袋中退出并被水取代。使用独立测定的CN-缔合速率值，我们发现在293 K时CN-从铁肌红蛋白口袋逃逸到溶液中的速率为1 ×（1-2）× 107 s-1。该值与相同条件下Mb的组氨酸门控CO逃逸速率（1.1 × 107 s ~（-1））非常相似，但稍大。分析得出逃逸概率kout/（kout+kBA）10-4，这在大多数时域动力学测量中是不可观察到的。然而，光解是令人惊讶地容易检测Mb使用cw共振拉曼测量。这是由于非常缓慢的CN-双分子缔合速率（170 M-1 s-1），这是由于需要水在Mb的铁血红素结合位点进行交换。相比之下，铁HRP没有血红素结合水分子，其CN-双分子缔合速率较大，为100 × 103，使得CN-光解更难以观察。
The photodissociation of cyanide from ferric myoglobin (MbCN) and horseradish peroxidase (HRPCN) has definitively been observed. This has implications for the interpretation of ultrafast IR (Helbing et al.Biophys. J.2004,87, 1881–1891) and optical (Gruia et al.Biophys. J.2008,94, 2252–2268) studies that had previously suggested the Fe–CN bond was photostable in MbCN. The photolysis of ferric MbCN takes place with a quantum yield of ∼75%, and the resonance Raman spectrum of the photoproduct observed in steady-state experiments as a function of laser power and sample spinning rate is identical to that of ferric Mb (metMb). The data are quantitatively analyzed using a simple model where cyanide is photodissociated and, although geminate rebinding with a rate ofkBA≈ (3.6 ps)−1is the dominant process, some CN–exits from the distal heme pocket and is replaced by water. Using independently determined values for the CN–association rate, we find that the CN–escape rate from the ferric myoglobin pocket to the solution at 293 K iskout≈ (1–2) × 107s–1. This value is very similar to, but slightly larger than, the histidine gated escape rate of CO from Mb (1.1 × 107s–1) under the same conditions. The analysis leads to an escape probabilitykout/(kout+kBA) ∼ 10–4, which is unobservable in most time domain kinetic measurements. However, the photolysis is surprisingly easy to detect in Mb using cw resonance Raman measurements. This is due to the anomalously slow CN–bimolecular association rate (170 M–1s–1), which arises from the need for water to exchange at the ferric heme binding site of Mb. In contrast, ferric HRP does not have a heme bound water molecule and its CN–bimolecular association rate is larger by ∼103, making the CN–photolysis more difficult to observe.
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