On the Mechanism of Light Harvesting in Photosynthetic Purple Bacteria: B800 to B850 Energy Transfer

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 104, Issue 8, 2000, Pages 1854-1868

  Scholes, Gregory D ^a,b   Fleming, Graham R ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0001171934     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp993435l     Document Type: Article

References (162)

1. McDermott, G.; Prince, S. M.; Freer, A. A.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Papiz, M. Z.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. Nature 1995, 374, 517.
2. McDermott, G.; Prince, S. M.; Freer, A. A.; Isaacs, N. W.; Papiz, M. Z.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Cogdell, R. J. Protein Eng. 1995, 8, 43.
3. Koepke, J.; Hu, X. C.; Muenke, C.; Schulten, K.; Michel, H. Structure 1996, 4, 581.
4. Oling, F.; Boekema, E. J.; Dezarate, I. O.; Visschers, R.; van Grondelle, R.; Keegstra, W.; Brisson, A.; Picorel, R. Biochim. Biophys. Acta 1996, 1273, 44.
5. Walz, T.; Jamieson, S. J.; Bowers, C. M.; Bullough, P. A.; Hunter, C. N. J. Mol. Biol. 1998, 282, 833.
6. Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W.; Freer, A. A.; Arrelano, J.; Howard, T. D.; Papiz, M. Z.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Prince, S. Prog. Biophys. Mol. Biol. 1998, 70, R1.
7. Sundström, V.; Pullerits, T.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2327.
8. Fleming, G. R.; van Grondelle, R. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 738.
9. van Grondelle, R.; Monshouwer, R.; Valkunas, L. Pure Appl. Chem. 1997, 69, 1211.
10. Freer, A.; Prince, S.; Sauer, K.; Papiz, M.; Hawthornthwaite-Lawless, A.; McDermott, G.; Cogdell, R.; Isaacs, N. W. Structure 1996, 4, 449.
11. Jimenez, R.; Dikshit, S. N.; Bradforth, S. E.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6825.
12. Wu, H. M.; Savikhin, S.; Reddy, N. R. S.; Jankowiak, R.; Cogdell, R. J.; Struve, W. S.; Small, G. J. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12022.
13. Wu, H. M.; Ratsep, M.; Lee, I. J.; Cogdell, R. J.; Small, G. J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7654.
14. Sauer, K.; Cogdell, R. J.; Prince, S. M.; Freer, A.; Isaacs, N. W.; Scheer, H. Photochem. Photobiol 1996, 64, 564.
15. Alden, R. G.; Johnson, E.; Nagarajan, V.; Parson, W. W.; Law, C. J.; Cogdell, R. G. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4667.
16. Nagarajan, V.; Johnson, E. T.; Williams, J. C.; Parson, W. W. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2297.
17. Dracheva, T. V.; Novodereihkin, V. I.; Razjivin, A. P. Photochem. Photobiol. 1997, 66, 605.
18. Pullerits, T.; Hess, S.; Herek, J. L.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10560.
19. Koolhaas, M. H. C.; Frese, R. N.; Fowler, G. J. S.; Bibby, T. S.; Georgakopoulou, S.; van der Zwan, G.; Hunter, C. N.; van Grondelle, R. Biochemistry 1998, 37, 4693.
20. Koolhaas, M. H. C.; van der Zwan, G.; Frese, R. N.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7262.
21. Vulto, S. I. E.; Kennis, J. T. M.; Streltsov, A. M.; Amesz, J.; Aartsma, T. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 878.
22. Zhao, Y.; Meier, T.; Zhang, W. M.; Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3954.
23. Kumble, R.; Hochstrasser, R. M. J. Chem. Phys. 1998, 109, 855.
24. Chachisvilis, M.; Kuhn, O.; Pullerits, T.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7275.
25. Pullerits, T.; Sundström, V. Acc. Chem. Res. 1996, 29, 381.
26. Pullerits, T.; Chachisvilis, M.; Sundström, V. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10787.
27. Hu, X. C.; Damjanovic, A.; Ritz, T.; Schulten, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 5935.
28. Hu, X. C.; Ritz, T.; Damjanovic, A.; Schulten, K. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 3854.
29. Zhang, W. M.; Meier, T.; Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1998, 108, 7763.
30. Zhang, W. M.; Meier, T.; Chernyak, V.; Mukamel, S. Philos. Trans. R. Soc. (London) A 1998, 356, 405.
31. Kennis, J. T. M.; Streltsov, A. M.; Permentier, H.; Aartsma, T. J.; Amesz, J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 8369.
32. Somsen, O. J. G.; Chernyak, V.; Frese, R. N.; van Grondelle, R.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8893.
33. Beekman, L. M. P.; Frese, R. N.; Fowler, G. J. S.; Picorel, R.; Cogdell, R. J.; van Stokkum, I. H. M.; Hunter, C. N.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7293.
34. Monshouwer, R.; van Grondelle, R. Biochim. Biophys. Acta 1996, 1275, 70.
35. Freiberg, A.; Timpmann, K.; Lin, S.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10974.
36. Scholes, G. D.; Gould, I. R.; Cogdell, R. J.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2543.
37. (a) Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5378.
38. (b) Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 9603.
39. Ray, J.; Makri, N. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 9427.
40. Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Gould, I. R.; Fleming, G. R. Phys. Chem. Commun. 1999, 8.
41. van Grondelle, R.; Dekker, J. P.; Gillbro, T.; Sundström, V. Biochim. Biophys. Acta 1994, 1187, 1.
42. Ma, Y. Z.; Cogdell, R. J.; Gillbro, T. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 881.
43. Ma, Y. Z.; Cogdell, R. J.; Gillbro, T. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1087.
44. Hess, S.; Feldchtein, F.; Babin, A.; Nurgaleev, I.; Pullerits, T.; Sergeev, A.; Sundström, V. Chem. Phys. Lett. 1993, 216, 247.
45. Shreve, A. P.; Trautman, J. K.; Frank, H. A.; Owens, T. G.; Albrecht, A. C. Biophys. Biochim. Acta 1991, 1058, 280.
46. Monshouwer, R.; Dezarate, I. O.; van Mourik, F.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 1995, 246, 341.
47. Decaro, C.; Visschers, R. W.; van Grondelle, R.; Volker, S. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10584.
48. Fowler, G. J. S.; Hess, S.; Pullerits, T.; Sundstrom, V.; Hunter, C. N. Biochemistry 1997, 36, 11282.
49. Hess, S.; Chachisvilis, M.; Timpmann, K.; Jones, M. R.; Fowler, G. J. S.; Hunter, C. N.; Sundstrom, V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 12333.
50. Hess, S.; Visscher, K. J.; Pullerits, T.; Sundström, V.; Fowler, G. J. S.; Hunter, C. N. Biochemistry 1994, 33, 8300.
51. Kolaczkowski, S. V.; Hayes, J. M.; Small, G. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 13418.
52. Joo, T. H.; Jia, Y. W.; Yu, J. Y.; Lang, M. J.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6089.
53. de Boeij, W. P.; Pshenichnikov, M. S.; Wiersma, D. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 11806.
54. Nagasawa, Y.; Yu, J. Y.; Cho, M. H.; Fleming, G. R. Faraday Discuss. 1997, 23.
55. Fleming, G. R.; Cho, M. H. Annu. Rev. Phys. Chem. 1996, 47, 109.
56. Yang, M.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1999, 111, 27.
57. Cho, M. H.; Yu, J. Y.; Joo, T. H.; Nagasawa, Y.; Passino, S. A.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 11944.
58. Förster, T. Ann. Phys. 1948, 2, 55.
59. Förster, T. In Modern Quantum Chemistry; Sinanoglu, O., Ed.; Academic Press: New York, 1965; Vol. III, p 93.
60. Lin, S. H. Mol. Phys. 1971, 21, 853.
61. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7302.
62. Scholes, G. D.; Gould, I. R.; Fleming, G. R. Unpublished.
63. Nagae, H.; Kakitani, T.; Katoh, T.; Mimuro, M. J. Chem. Phys. 1993, 98, 8012.
64. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4580.
65. Scholes, G. D. In Resonance Energy Transfer, Andrews, D. L., Demidov, A. A., Eds.; Wiley: Chichester, 1999; p 212.
66. McWeeny, R. Methods of Molecular Quantum Mechanics; Academic Press: London, 1992.
67. Andrews, D. L. Chem. Phys. 1989, 135, 195.
68. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D. J. Chem. Phys. 1996, 104, 5054.
69. Matos, J. M. O.; Roos, B. O.; Malmqvist, P.-A. J. Chem. Phys. 1987, 86, 1458.
70. Dexter, D. L. J. Chem. Phys. 1953, 21, 836.
71. Naqvi, K. R.; Steel, C. Chem. Phys. Lett. 1970, 6, 29.
72. Choi, S.-I.; Jortner, J.; Rice, S. A.; Silbey, R. J. Chem. Phys. 1964, 41, 3294.
73. Silbey, R.; Rice, S. A.; Jortner, J. J. Chem. Phys. 1965, 43, 3336.
74. Koutecky, J.; Paldus, J. Theor. Chim. Acta (Berlin) 1963, 1, 268.
75. Polák, R.; Paldus, J. Theor. Chim. Acta (Berlin) 1966, 4, 37.
76. Azumi, T.; McGlynn, S. P. J. Chem. Phys. 1965, 42, 1675.
77. Harcourt, R. D.; Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1994, 101, 10521.
78. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1995, 102, 9574.
79. Craig, D. P.; Thirunamachandran, T. Molecular Quantum Electrodynamics; Academic Press: New York, 1984.
80. Prince, S. M.; Papiz, M. Z.; Freer, A. A.; McDermott, G.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. J. Mol. Biol. 1997, 268, 412.
81. Dow, J. D. Phys. Rev. 1968, 174, 962.
82. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P.; Oliver, A. M.; Paddon-Row, M. N. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11871. (This experiment was also carried out in ethanol solvent, unpublished results.).
83. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P.; Oliver, A. M.; Paddon-Row, M. N. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4345.
84. Craig, D. P.; Thirunamachandran, T. Chem. Phys. 1989, 135, 37.
85. Colson, S. D.; Robinson, G. W. J. Chem. Phys. 1968, 48, 2550.
86. Juzeliunas, G.; Andrews, D. L. Phys. Rev. B 1994, 49, 8751.
87. Juzeliunas, G.; Andrews, D. L. Phys. Rev. B 1994, 50, 13371.
88. Andrews, D. L.; Juzeliunas, G. J. Lumin. 1994, 60-61, 834.
89. Jimenez, R.; van Mourik, F.; Yu, J. Y.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7350.
90. Yu, J. Y.; Nagasawa, Y.; van Grondelle, R.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 1997, 280, 404.
91. Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Yu, J. Y.; Fleming, G. R. Acta Phys. Pol., A 1999, 95, 63.
92. Jordanides, X. J.; Lang, M. J.; Song, X.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7995.
93. Gehlen, J. N.; Marchi, M.; Chandler, D. Science 1994, 263, 499.
94. Schulten, K.; Tesch, M. Chem. Phys. 1991, 158, 421.
95. Homoelle, B. J.; Edington, M. D.; Diffey, W. M.; Beck, W. F. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3044.
96. Brooks, C. L.; Karplus, M.; Pettitt, B. M. Proteins: A Theoretical Perspective of Dynamics, Structure, and Thermodynamics; Wiley: New York, 1988.
97. Fleming, G. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 15161.
98. Reddy, N. R. S.; Small, G. J.; Seibert, M.; Picorel, R. Chem. Phys. Lett. 1991, 181, 391.
99. Jean, J.; Chan, C.-K.; Fleming, G. R. Isr. J. Chem. 1988, 28, 169.
100. Pullerits, T.; Freiberg, A. Chem. Phys. 1991, 149, 409.
101. Beauregard, M.; Martin, I.; Holzwarth, A. R. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1060, 271.
102. Pullerits, T.; Freiberg, A. Biophys. J. 1992, 63, 879.
103. Pullerits, T.; Visscher, K. J.; Hess, S.; Sundström, V.; Freiberg, A.; Timpmann, K.; van Grondelle, R. Biophys. J. 1994, 66, 236.
104. Hess, S.; Åkesson, E.; Cogdell, R. J.; Pullerits, T.; Sundström, V. Biophys. J. 1995, 69, 2211.
105. Mukamel, S. Principles of nonlinear optical spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
106. Fleming, G. R.; Passino, S. A.; Nagasawa, Y. Philos. Trans. R. Soc. (London) A 1998, 356, 389.
107. Simpson, W. T.; Peterson, D. L. J. Chem. Phys. 1957, 26, 588.
108. Sumi, H. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 252.
109. Mukai, K.; Abe, S.; Sumi, H. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6096.
110. Mukamel, S.; Rupasov, V. Chem. Phys. Lett. 1995, 242, 17.
111. Gillie, J. K.; Small, G. J.; Golbeck, J. H. J. Phys. Chem. 1989, 93, 1620.
112. Freiberg, A.; Godik, V. I.; Pullerits, T.; Timpmann, K. Biochim. Biophys. Acta 1989, 973, 93.
113. Freiberg, A.; Godik, V. I.; Pullerits, T.; Timpmann, K. Chem. Phys. 1988, 128, 227.
114. van Mourik, F.; Visscher, K. J.; Mulder, J. M.; van Grondelle, R. 1993, 57, 19.
115. Lee, S.-Y.; Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1979, 71, 4777.
116. Myers, A. B. J. Raman Spectrosc. 1997, 28, 389.
117. Myers, A. B. Chem. Phys. 1994, 180, 215.
118. Li, B. L.; Johnson, A. E.; Mukamel, S.; Myers, A. B. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11039.
119. Myers, A. B. J. Opt. Soc. Am. B 1990, 7, 1665.
120. Fidder, H.; Knoester, J.; Wiersma, D. A. J. Chem. Phys. 1991, 95, 7880.
121. Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1996, 105, 4565.
122. Meier, T.; Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1997, 107, 8759.
123. Onuchic, J. N.; Beraton, D. N.; Hopfield, J. J. J. Phys. Chem. 1986, 90, 3707.
124. (a) van Oijen, A. M.; Ketelaars, M.; Köhler, J.; Aartsma, T. J.; Schmidt, J. Science 1999, 285, 400.
125. (b) van Oijen, A. M.; Ketelaars, M.; Köhler, J.; Aartsma, T. J.; Schmidt, J. Chem. Phys. 1999, 247, 53.
126. The M(t) we have employed here is that reported for LH2 in ref 88. Our recent work suggests that the long exponential component is probably representative of complex-to-complex inhomogeneity.
127. Renge, I.; Mauring, K.; Avarmaa, R. J. Lumin. 1987, 37, 207.
128. Agarwal, R.; Xu, d.-H.; Fleming, G. R. Unpublished results.
129. Knapp, E. W. Chem. Phys. 1984, 85, 73.
130. Meier, T.; Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7332.
131. Monshouwer, R.; Abrahamsson, M.; van Mourik, F.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7241.
132. Chernyak, V.; Meier, T.; Tsiper. E.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10294.
133. Bakalis, L. D.; Knoester, J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6620.
134. Novoderezhkin, V.; Monshouwer, R.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 10540.
135. Closs, G. L.; Piotrowiak, P.; MacInnis, J. M.; Fleming, G. R. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 2652.
136. Closs, G. L.; Johnson, M. D.; Miller, J. R.; Piotrowiak, P. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 3751.
137. Kroon, J.; Oliver, A. M.; Paddon-Row, M. N.; Verhoeven, J. W. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4868.
138. Kilså, K.; Kajanus, J.; Mårtensson, J.; Albinsson, B. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7329.
139. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8873.
140. Lin, S. H.; Xiao, W. Z.; Dietz, W. Phys. Rev. E 1993, 47, 3698.
141. Ratner, M. A. J. Phys. Chem. 1990, 94, 4877.
142. Robinson, G. W. J. Chem. Phys. 1967, 46, 572.
143. Scholes, G. D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18731.
144. Scholes, G. D.; Turner, G. O.; Ghiggino. K. P.; Paddon-Row, M. N.; Piet, J. J.; Schuddeboom, W.; Warman, J. M. Chem. Phys. Lett. 1998, 292, 601.
145. Bandilla, M.; Ucker, B.; Ram, M.; Simonin, I.; Gelhaye, E.; McDermott, G.; Cogdell, R. J.; Scheer, H. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1364, 390.
146. Fraser, N. J.; Dominy, P. J.; Ücker, B.; Simonin, I.; Scheer, H.; Cogdell, R. J. Biochemistry 1999, 38, 9684.
147. Leupold, D.; Stiel, H.; Ehlert, J.; Nowak, F.; Teuchner, K.; Voigt, B.; Bandilla, M.; Ucker, B.; Scheer, H. Chem. Phys. Lett. 1999, 301, 537.
148. Herek, J. L.; Fraser, N. J.; Pullerits, T.; Martinsson, P.; Polívka, T.; Yartsev, A.; Scheer, H.; Cogdell, R. J.; Sundström, V. Submitted.
149. Bellacchio, E.; Sauer, K. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2279.
150. Polívka, T.; Herek, J. L.; Zigmantas, D.; Akerlund, H. E.; Sundström, V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 4914.
151. Krueger, B. P.; Yom, J.; Walla, P. J.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 1999, 310, 57.
152. Fischer, G. Vibronic Coupling: The Interaction between the Electronic and Nuclear Motions; Academic Press: London, 1984.
153. Langhoff, C. A.; Robinson, G. W. Mol. Phys. 1975, 29, 613.
154. Robinson, G. W.; Berg, J. O. Can. J. Phys. 1975, 53, 2068.
155. Chock, D. P.; Jortner, J.; Rice, S. A. J. Chem. Phys. 1968, 49, 610.
156. Fowler, G. J. S.; Visschers, R. W.; Grief, G. G.; van Grondelle, R.; Hunter, C. N. Nature 1992, 355, 848.
157. Haran, G.; Wynne, K.; Moser, C. C.; Dutton, P. L.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 5562.
158. Jonas, D. M.; Lang, M. J.; Nagasawa, Y.; Joo, T.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12660.
159. Stanley, R. J.; King, B.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. B 1996, 100, 12052.
160. Arnett, D. C.; Moser, C. C.; Dutton, P. L.; Scherer, N. F. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2014. van Brederode, M. E.; van Mourik, F.; van Stokkum, I. H. M.; Jones, M. R.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 96, 2054.
161. Arnett, D. C.; Moser, C. C.; Dutton, P. L.; Scherer, N. F. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2014. van Brederode, M. E.; van Mourik, F.; van Stokkum, I. H. M.; Jones, M. R.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 96, 2054.
162. Jackson, J. A.; Lin, S.; Taguchi, A. K. W.; Williams, J. C.; Allen, J. P.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 5747.