Electrostatic potentials in Rhodopseudomonas viridis reaction centers: Implications for the driving force and directionality of electron transfer

Journal of Physical Chemistry

Volumn 100, Issue 10, 1996, Pages 4277-4291

  Gunner, M R ^a   Nicholls, Anthony ^b   Honig, Barry ^b  

^a CITY COLLEGE OF NEW YORK   (United States)

^b Columbia University ^*  (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0000414723     PISSN: 00223654     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp9519070     Document Type: Article

References (110)

1. Feher, G.; Allen, J. P.; Okamura, M. Y.; Rees, D. C. Nature 1989, 339, 111.
2. Gunner, M. R. Curr. Top. Bioenergetics 1991, 16, 319.
3. Deisenhofer, J.; Morris, J. R. The Photosynthetic Reaction Center, Academic Press: San Diego, 1993; Vol. I, II.
4. Deisenhofer, J.; Epp, O.; Miki, R.; Michel, H. Nature 1985, 318, 618.
5. Deisenhofer, J.; Michel, H. EMBO J. 1989, 8, 2149.
6. Lancaster, C. R. D.; Ermler, U.; Michel, H. In Anoxygenic Photosynthetic Bacteria; Blankenship, R. E., Madigan, M. T., Bauer, C. E., Ed.; Kluwer: Dordrecht, 1995; p 503.
7. Allen, J. P.; Feher, G.; Yeates, T. O.; Komiya, H.; Rees, D. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 8487.
8. El-Kabbani, O.; Chang, C.-H.; Tiede, D.; Norris, J.; Schiffer, M. Biochemistry 1990, 30, 5361.
9. Chang, C.-H.; El-Kabbani, O.; Tiede, D.; Norris, J.; Schiffer, M. Biochemistry 1990, 30, 5352.
10. Ermler, U.; Fritzsch, G.; Buchanan, S. K.; Michel, H. Structure 1994, 2, 925.
11. Woodbury, N. W. T.; Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1984, 767, 345.
12. Horber, J. K. H.; Gobel, W.; Ogrodnik, A.; Michel-Beyerle, M. E.; Cogdell, R. J. FEBS Lett. 1986, 165, 107.
13. Horber, J. K. H.; Gobel, W.; Ogrodnik, A.; Michel-Beyerle, M. E.; Cogdell, R. J. FEBS Lett. 1986, 198, 273.
14. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265.
15. Moser, C. C.; Keske, J. M.; Warncke, K.; Farid, R.; Dutton, P. L. Nature 1992, 355, 796.
16. Moser, C. C.; Dutton, P. L. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1101, 171.
17. Marcus, R. A. Chem. Phys. Lett. 1987, 133, 471.
18. Marcus, R. A. Isr. J. Chem. 1988, 28, 205.
19. Holzapfel, W.; Finkele, U.; Kaiser, W.; Oesterhelt, D.; Scheer, H.; Stilz, H. U.; Zinth, W. Chem. Phys. Lett. 1989, 160, 1.
20. Joseph, J. S.; Bruno, W.; Bialek, W. J. Phys. Chem. 1991, 95, 6242.
21. Finkele, U.; Lauterwasser, C.; Struck, A.; Scheer, H.; Zinth, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 9514.
22. Zinth, W.; Kaiser, W. In The Photosynthetic Reaction Center; Deisenhofer, J., Norris, J. R., Eds.; Academic Press: San Diego, 1993; Vol. II, p 71.
23. DiMagno, T. J.; Norris, J. R. In The Photosynthetic Reaction Center, Deisenhofer, J., Norris, J. R., Eds.; Academic Press: San Diego, 1993; Vol. II, p 105.
24. Kirmaier, C.; Holten, D. In The Photosynthetic Reaction Center, Deisenhofer, J. Norris, J. R., Eds.; Academic Press: San Diego, 1993; Vol. II, p 49.
25. Warshel, A.; Parson, W. W. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6143.
26. Parson, W. W.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6152.
27. Scherer, P. O. J.; Fischer, S. F. J. Phys. Chem. 1989, 93, 1633.
28. Scherer, P. O. J.; Fischer, S. F. Chem. Phys. Lett. 1992, 190, 574.
29. Thompson, M. A.; Zerner, M. C.; Fajer, J. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5693.
30. Thompson, M. A.; Zerner, M. C. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8210.
31. Creighton, S.; Hwang, J.-K.; Warshel, A.; Parson, W. W.; Norris, J. Biochemistry 1988, 27, 774.
32. Warshel, A.; Creighton, S.; Parson, W. W. J. Phys. Chem. 1988, 97, 2696.
33. Warshel, A.; Chu, Z. T.; Parson, W. W. Science 1989, 246, 112.
34. Schulten, K.; Tesch, M. Chem. Phys. 1991, 158, 421.
35. Nonella, M.; Schulten, K. J. Phys. Chem. 1991, 95, 2059.
36. Treutlein, H.; Schulten, K.; Brunger, A. T.; Karplus, M.; Deisenhofer, J.; Michel, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 75.
37. Marchi, M.; Gehlen, J. N.; Chandler, D.; Newton, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4178.
38. Gehlen, J. N.; Marchi, M.; Chandler, D. Science 1994, 263, 499.
39. Warshel, A.; Chu, Z. T.; Parson, W. W. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 1994, 82, 123.
40. Alden, R. G.; Parson, W. W.; Chu, Z. T.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc., submitted.
41. Yeates, T. O.; Komiya, H.; Rees, D. C.; Allen, J. P.; Feher, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987, 84, 6438.
42. Zheng, C.; Davis, M. E.; McCammon, J. A. Chem. Phys. Lett. 1990, 173, 246.
43. Parson, W. W.; Chu, Z.-T.; Warshel, A. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1017, 251.
44. Klapper, I.; Hagstrom, R.; Fine, R.; Sharp, K.; Honig, B. Proteins 1986, 1, 47.
45. Gilson, M. K.; Honig, B. Proteins 1988, 3, 32.
46. Nicholls, A.; Honig, B. J. Comput. Chem. 1991, 12, 435.
47. Bharadwaj, R.; Windemuth, A.; Sridharan, S.; Honig, B.; Nicholls, A. J. Comput Chem. 1995, 16, 898.
48. Bernstein, F. C.; Koetzle, T. F.; Williams, G. J. B.; Meyer, E. F.; Brice, M. D.; Rodgers, J. R.; Kennard, O.; Shimanouchi, T. F.; Tasumi, M. J. Mol. Biol. 1977, 112, 535.
49. Roth, M.; Lewit-Bentley, A.; Michel, H.; Deisenhofer, J.; Huber, R.; Oesterhelt, D. Nature 1989, 340, 659.
50. Gilson, M. K.; Honig, B. H. Nature 1987, 330, 84.
51. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187.
52. Honig, B.; Sharp, K.; Yang, A.-S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 1101.
53. Gunner, M. R.; Honig, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 9151.
54. Gunner, M. R.; Honig, B. In The Photosynthetic Bacterial Reaction Center: Structure, Spectroscopy and Dynamics 11; Breton, J., and Vermeglio, A., Eds.; Plenum: New York, 1993; p 403.
55. Beroza, P.; Fredkin, D. R.; Okamura, M. Y.; Feher, R. Biophys. J. 1995, 68, 2233.
56. Lancaster, C. R. D.; Michel, H.; Honig, B.; Gunner, M. R. Biophys. J., submitted.
57. Bashford, D.; Karplus, M. Biochemistry 1990, 29, 10219.
58. Beroza, P.; Fredkin, D. R.; Okamura, M. Y.; Feher, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 5804.
59. Yang, A.-S.; Gunner, M. R.; Sampogna, R.; Sharp, K.; Honig, B. Proteins 1993, 15, 252.
60. Sampogna, R. V.; Honig, B. Biophys. J. 1994, 66, 1341.
61. Bylina, E.; Kirmaier, C.; McDowell, L.; Holten, D.; Youvan, D. C. Nature 1988, 336, 182.
62. Nagarajan, V.; Parson, W. W.; Gaul, D.; Schenck, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 7888.
63. Wachtveitl, J.; Farchaus, J. W.; Das, R.; Lutz, M.; Robert, B.; Mattioli, T. A. Biochemistry 1993, 32, 12875.
64. Mattioli, T. A.; Gray, K. A.; Lutz, M.; Oesterhelt, D.; Robert, B. Biochemistry 1991, 30, 1715.
65. Nagarajan, V.; Parson, W. W.; Davis, D.; Schenck, C. C. Biochemistry 1993, 32, 12324.
66. Chan, C.-K.; Chen, L. X.-Q.; DiMagno, T. J.; Hanson, D. K.; Nance, S. L.; Schiffer, M.; Norris, J. R.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 1991, 176, 366.
67. Jia, Y.; DiMagno, T. J.; Chan, C.-K.; Wang, Z.; Du, M.; Hanson, D. K.; Schiffer, M.; Norris, J. R.; Fleming, G. R.; Popov, M. S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13180.
68. Cotton, T. M.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 7605.
69. Watanabe, T.; Kobayashi, M. Chlorophylls 1991, 287.
70. Williams, J. C.; Steiner, L. A.; Feher, G. Proteins 1986, 1, 312.
71. Woodbury, N. W. T.; Parson, W. W.; Gunner, M. R.; Prince, R. C.; Dutton, P. L. Biochim. Biophys. Acta 1986, 851, 6.
72. Shopes, R. J.; Wraight, C. A. Biochim. Biophys. Acta 1987, 893, 409.
73. Ogrodnik, A.; Volk, M.; Michel-Beyerle, M. E. Biochim. Biophys. Acta 1988, 936, 361.
74. Boxer, S. G.; Goldstein, R. A.; Lockhart, D. J.; Middendorf, T. R.; Takiff, L. J. Phys. Chem. 1989, 93, 8280.
75. Peloquin, J. M.; Williams, J. C.; Lin, X.; Alden, R. G.; Taguchi, A. K. W.; Allen, J. P.; Woodbury, N. W. Biochemistry 1994, 33, 8089.
76. Goldstein, R. A.; Takiff, L.; Boxer, S. G. Biochim. Biophys. Acta 1988, 934, 253.
77. Gunner, M. R.; Tiede, D. M.; Prince, R. C.; Dutton, P. L. In Function of Quinones in Energy Conserving Systems; Trumpower, B. L., Ed.; Academic Press: New York, 1982; p 265.
78. Won, Y.; Friesner, R. A. Biochim. Biophys. Acta 1988, 935, 9.
79. Kirmaier, C.; Holten, D. Biochemistry 1991, 30, 609.
80. Holzapfel, W.; Finkele, U.; Kaiser, W.; Oesterhelt, D.; Scheer, H.; Stilz, H. U.; Zinth, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 5168.
81. Kirmaier, C.; Laporte, L.; Schenck, C. C.; Holten, D. J. Phys. Chem. 1995, 99, 8903.
82. Laporte, L.; Kirmaier, C.; Schenck, C. C.; Holten, D. J. Phys. Chem., in press.
83. Vos, M. H.; Lambry, J.-C.; Robles, S. J.; Youvan, D. C.; Breton, J.; Martin, J.-L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 8885.
84. Vos, M. H.; Lambry, J.-C.; Robles, S. J.; Youvan, D. C.; Breton, J.; Martin, J.-L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 613.
85. Vos, M. H.; Rappaport, F.; Lambry, J.-C.; Breton, J.; Martin, J.-L. Nature 1993, 363, 320.
86. Robles, S. J.; Breton, J.; Youvan, D. C. Science 1990, 248, 1402.
87. Lin, X.; Murchison, H. A.; Nagarajan, V.; Parson, W. W.; Allen, J. P.; Williams, J. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 10265.
88. Kirmaier, C.; Holten, D. Photosynth. Res. 1987, 13, 225.
89. Fleming, G. R.; Martin, J. L.; Breton, J. Nature 1988, 333, 190.
90. Kellogg, E. C.; Kolaczkowski, S.; Wasielewski, M. R.; Tiede, D. M. Photosynth. Res. 1989, 22, 47.
91. Murchison, H. A.; Alden, R. G.; Allen, J. P.; Peloquin, J. M.; Taguchi, A. K. W.; Woodbury, N. W.; Williams, J. C. Biochemistry 1993, 32, 3498.
92. Woodbury, N. W.; Peloquin, J. M.; Alden, R. G.; Lin, X.; Lin, S.; Taguchi, A. K. W.; Williams, J. C.; Allen, J. P. Biochemistry 1994, 33, 8101.
93. McDowell, L. M.; Gaul, D.; Kirmaier, C.; Holten, D.; Schenck, C. C. Biochemistry 1991, 30, 8315.
94. Heller, B.; Holten, D.; Kirmaier, C. Science 1995, 269, 940.
95. Debus, R. J.; Feher, G.; Okamura, M. Y. Biochemistry 1986, 25, 2276.
96. Kirmaier, C.; Holten, D.; Debus, R. J.; Feher, G.; Okamura, M. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1986, 83, 6407.
97. Maroti, P.; Wraight, C. A. Biochim. Biophys. Acta 1988, 934, 314.
98. McPherson, P. H.; Okamura, M. Y.; Feher, G. Biochim. Biophys. Acta 1988, 934, 348.
99. Steffen, M. A.; Lao, K.; Boxer, S. G. Science 1994, 264, 810.
100. Overfield, R. E.; Scherz, A.; Kaufmann, K. J.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 5747.
101. Antolovich, M.; Keyte, P. J.; Oliver, A. M.; Paddon-Row, M. N.; Kroon, J.; Verhoeven, J. W.; Jonker, S. A.; Warman, J. M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 1933.
102. Warman, J. M.; Smit, K. J.; deHaas, M. P.; Jonker, S. A.; Paddon-Row, M. N.; Oliver, A. M.; Kroon, J.; Overering, H.; Verhoeven, J. W. J. Phys. Chem. 1991, 95, 1979.
103. Gaines, G. L.; O'Neil, M. P.; Svec, W. A.; Niemczyk, M. P.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1990, 113, 719.
104. Middendorf, T. R.; Mazzola, L. T.; Lao, K.; Steffen, M. A.; Boxer, S. G. Biochim. Biophys. Acta 1993, 1143, 223.
105. Honig, B. H.; Hubble, W. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1984, 81, 5412.
106. Warshel, A.; Russell, S. T. Q. Rev. Biophys. 1984, 17, 283.
107. Plato, M.; Mobius, K.; Michel-Beyerle, M. E.; Bixon, M.; Jortner, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 7279.
108. Michel-Beyerle, M. E.; Plato, M.; Deisenhofer, J.; Michel, H.; Bixon, M.; Jortner, J. Biochim. Biophys. Acta 1988, 932, 52.
109. Parson, W. W.; Warshel, A. In The Photosynthetic Reaction Center, Deisenhofer, J., Norris, J. R., Eds.; Academic Press: San Diego, 1993; Vol. II, p 23.
110. Nicholls, A.; Sharp, K.; Honig, B. Proteins 1991, 11, 281.