Characterization of the strongly coupled, low-frequency vibrational modes of the special pair of photosynthetic reaction centers via isotopic labeling of the cofactors

Journal of the American Chemical Society

Volumn 119, Issue 2, 1997, Pages 415-426

  Czarnecki, Kazimierz ^a   Diers, James R ^a   Chynwat, Veeradej ^b   Erickson, Joy P ^b   Frank, Harry A ^b   Bocian, David F ^a  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BACTERIOCHLOROPHYLL;

ARTICLE; PHOTOSYNTHESIS; PHOTOTROPHIC BACTERIUM; RAMAN SPECTROMETRY;

EID: 0031054850     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja963281c     Document Type: Article

References (105)

1. Kirmaier, C.; Holten, D. Photosynth. Res. 1987, 113, 225-260.
2. Deisenhofer, J.; Michel, H. Science 1989, 245, 1463-1473.
3. Feher, G.; Allen, J. P.; Okamura, M. Y.; Rees, D. C. Nature 1989, 339, 111-116.
4. Boxer, S. G.; Goldstein, R. A.; Lockhart, D. J.; Middendorf, R. T.; Takiff, L. J. Phys. Chem. 1989, 93, 8280-8294.
5. Friesner, R. A.; Won, Y. Biochim. Biophys. Acta 1989, 977, 99-122.
6. Breton, J., Verméglio, A., Eds. NATO Ser. A 1992, 237.
7. Deisenhofer, J., Norris, J. R., Eds. The Photosynthetic Reaction Center; Academic: San Diego, CA, 1993; Vol. II.
8. (a) Deisenhofer, J.; Epp, O.; Miki, R.; Huber, R.; Michel, H. Nature 1985, 339, 618-624.
9. (b) Deisenhofer, J.; Michel, H. EMBO J. 1989, 8, 2149-2169.
10. (c) Deisenhofer, J.; Michel, H. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1991, 20, 247-266.
11. (d) Ermler, U.; Fritzsch, G.; Buchanan, S.; Michel, H. Structure 1994, 2, 925-936.
12. (e) Deisenhofer, J.; Epp, O.; Sinning, I.; Michel, H. J. Mol. Biol. 1995, 246, 429-457.
13. (a) Allen, J. P.; Feher, G.; Yeates, T. O.; Rees, D. C.; Deisenhofer, J.; Michel, H.; Huber, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1986, 83, 8589-8593.
14. (b) Allen, J. P.; Feher, G.; Yeates, T. O.; Komiya, H.; Rees, D. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 8487-8491.
15. (c) Yeates, T. O.; Komiya, H.; Chirino, A.; Rees, D. C.; Allen, J. P.; Feher, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 7993-7997.
16. (a) Chang, C.-H.; Tiede, D.; Tang, J.; Smith, U.; Norris, J.; Schiffer, M. FEBS Lett. 1986, 205, 82-86.
17. (b) Chang, C.-H.; El-Kabbani, O.; Tiede, D.; Norris, J.; Schiffer, M. Biochemistry 1991, 30, 5352-5360.
18. (c) El-Kabbani, O.; Chang, C.-H.; Tiede, D.; Norris, J.; Schiffer, M. Biochemistry 1991, 30, 5361-5369.
19. For reviews, see: (a) Lutz, M. Adv. Infrared Raman Spectrosc. 1984, 11, 211-300. (b) Lutz, M.; Robert, B. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley: New York, 1988; Vol. 3, pp 347-411. (c) Lutz, M.; Mäntele, W. In Chlorophylls; Scheer, H., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1991; pp 855-902. (d) Lutz, M. Biospectroscopy 1995, 1, 313-327.
20. For reviews, see: (a) Lutz, M. Adv. Infrared Raman Spectrosc. 1984, 11, 211-300. (b) Lutz, M.; Robert, B. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley: New York, 1988; Vol. 3, pp 347-411. (c) Lutz, M.; Mäntele, W. In Chlorophylls; Scheer, H., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1991; pp 855-902. (d) Lutz, M. Biospectroscopy 1995, 1, 313-327.
21. For reviews, see: (a) Lutz, M. Adv. Infrared Raman Spectrosc. 1984, 11, 211-300. (b) Lutz, M.; Robert, B. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley: New York, 1988; Vol. 3, pp 347-411. (c) Lutz, M.; Mäntele, W. In Chlorophylls; Scheer, H., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1991; pp 855-902. (d) Lutz, M. Biospectroscopy 1995, 1, 313-327.
22. For reviews, see: (a) Lutz, M. Adv. Infrared Raman Spectrosc. 1984, 11, 211-300. (b) Lutz, M.; Robert, B. In Biological Applications of Raman Spectroscopy; Spiro, T. G., Ed.; Wiley: New York, 1988; Vol. 3, pp 347-411. (c) Lutz, M.; Mäntele, W. In Chlorophylls; Scheer, H., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1991; pp 855-902. (d) Lutz, M. Biospectroscopy 1995, 1, 313-327.
23. (a) Robert, B.; Lutz, M. Biochemistry 1988, 27, 5108-5114.
24. (b) Mattioli, T. A.; Hoffman, A.; Robert, B.; Schrader, B.; Lutz, M. Biochemistry 1991, 30, 4648-4654.
25. (c) Mattioli, T. A.; Robert, B.; Lutz, M. In ref 6, pp 127-132.
26. (d) Mattioli, T. A.; Hoffman, A.; Sockalingum, D. G.; Robert, B.; Lutz, M. Spectrochim. Acta 1993, 49A, 785-799.
27. (e) Feiler, U.; Albouy, D.; Mattioli, T. A.; Lutz, M.; Robert, B. Biochemistry 1994, 33, 7594-7599.
28. (f) Mattioli, T. A. J. Mol. Struct. 1995, 347, 459-466.
29. (a) Bocian, D. F.; Boldt, N. J.; Chadwick, B. A.; Frank, H. A. FEBS Lett. 1987, 214, 92-96.
30. (b) Peloquin, J. M.; Violette, C. A.; Frank, H. A.; Bocian, D. F. Biochemistry 1990, 29, 4892-4898.
31. (c) Donohoe, R. J.; Dyer, R. B.; Swanson, B. I.; Violette, C. A.; Frank, H. A.; Bocian, D. F. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 6716-6718.
32. (d) Palaniappan, V.; Aldema, M. A.; Frank, H. A.; Bocian, D. F. Biochemistry 1992, 31, 11050-11058.
33. (e) Palaniappan, V.; Bocian, D. F. In ref 6, pp 119-126.
34. (f) Palaniappan, V.; Martin, P. C.; Chynwat, V.; Frank, H. A.; Bocian, D. F. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 12035-12049.
35. (a) Shreve, A. P.; Cherepy, N. J.; Franzen, S.; Boxer, S. G.; Mathies, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 11207-11211.
36. (b) Cherepy, N. J.; Shreve, A. P.; Moore, L. J.; Franzen, S.; Boxer, S. G.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 6023-6029.
37. (c) Cherepy, N. J.; Holzwarth, A.; Mathies, R. A. Biochemistry 1995, 34, 5288-5293.
38. Johnson, C. K.; Rabinovitz, R. Spectrochim. Acta 1991, 47A, 1413-1421.
39. Noguchi, T.; Furukawa, Y.; Tasumi, M. Spectrochim. Acta 1991, 47A, 1431-1440.
40. (a) Wachtveitl, J.; Farchaus, J. W.; Das, R.; Lutz, M.; Robert, B.; Mattioli, T. A. Biochemistry 1993, 32, 12875-12886.
41. (b) Mattioli, T. A.; Williams, J. C.; Allen, J. P.; Robert, B. Biochemistry 1994, 33, 1636-1643.
42. (c) Jones, M. R.; Heer-Dawson, M.; Mattioli, T. A.; Hunter, C. N.; Robert, B. FEBS Lett. 1994, 339, 18-24.
43. (d) Mattioli, T. A.; Lin, X.; Allen, J. P.; Williams, J. C. Biochemistry 1995, 43, 6142-6152.
44. (a) Peloquin, J. M.; Bylina, E. J.; Youvan, D. C.; Bocian, D. F. Biochemistry 1990, 29, 8417-8424.
45. (b) Peloquin, J. M.; Bylina, E. J.; Youvan, D. C.; Bocian, D. F. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1056, 85-88.
46. (c) Palaniappan, V.; Bocian, D. F. Biochemistry 1995, 34, 11106-11116.
47. (d) Palaniappan, V.; Schenck, C. C.; Bocian, D. F. J. Phys. Chem. 1995, 99, 17049-17058.
48. (a) Mäntele, W.; Nabedryk, E.; Tavitian, B. A.; Kreutz, W.; Breton, J. FEBS Lett. 1985, 187, 227-232.
49. (b) Mäntele, W.; Wollenweber, A.; Nabedryk, E.; Breton, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 8468-8472.
50. (c) Nabedryk, E.; Bagley, K. A.; Thibodeau, D. L.; Bauscher, M.; Mäntele, W.; Breton, J. FEBS Lett. 1990, 266, 59-62.
51. (d) Heinerwadel, R.; Thibodeau, B.; Lenz, F.; Nabedryk, E.; Breton, J.; Kreutz, W.; Mäntele, W. Biochemistry 1992, 31, 5799-5808.
52. (e) Breton, J.; Burie, J.-R.; Berthomieu, C.; Thibodeau, D. L.; Andranambinintsoa, S.; Dejonghe, D.; Berger, G.; Nabedryk, E. In ref 6, pp 155-162.
53. (f) Heinerwadel, R.; Nabedryk, E.; Breton, J.; Kreutz, W.; Mäntele, W. In ref 6, pp 163-172.
54. (g) Leonhard, M.; Mäntele, W. Biochemistry 1993, 32, 4532-4538.
55. (a) Morita, E. H.; Hayashi, H.; Tasumi, M. Chem. Lett. 1991, 1583-1586.
56. (b) Morita, E. H.; Hayashi, H.; Tasumi, M. Chem. Lett. 1991, 1853-1856.
57. (c) Morita, E. H.; Hayashi, H.; Tasumi, M. Biochim. Biophys. Acta 1993, 1142, 146-154.
58. (a) Gerwert, K.; Hess, B.; Michel, H.; Buchanan, S. FEBS Lett. 1988, 232, 303-307.
59. (b) Buchanan, S.; Michel, H.; Gerwert, K. Biochemistry 1992, 31, 1314-1322.
60. (a) Breton, J.; Nabedryk, E.; Wachtveitl, J.; Gray, K. A.; Oesterheldt, D. In ref 6, pp 141-153.
61. (b) Nabedryk, E.; Robles, S. J.; Goldman, E.; Youvan, D. C.; Breton, J. Biochemistry 1992, 31, 10852-10858.
62. (c) Nabedryk, E.; Allen, J. P.; Taguchi, A. K. W.; Williams, J. C. Biochemistry 1993, 32, 13879-13885.
63. (a) Meech, S. R.; Hoff, A. J.; Wiersma, D. A. Chem. Phys. Lett. 1985, 121, 287-292.
64. (b) Meech, S. R.; Hoff, A. J.; Wiersma, D. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1986, 83, 9464-9468.
65. (a) Boxer, S. G.; Lockhart, D. J.; Middendorf, T. R. Chem. Phys. Lett. 1986, 123, 476-482.
66. (b) Middendorf, T. R.; Mazzola, L. T.; Gaul, D. F.; Schenck, C. C.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. 1991, 95, 10142-10151.
67. (a) Hayes, J. M.; Small, G. J. J. Phys. Chem. 1986, 90, 4928-4931.
68. (b) Johnson, S. G.; Tang, D.; Jankowiak, R.; Hayes, J. M.; Small, G. J.; Tiede, D. M. J. Phys. Chem. 1989, 93, 5953-5957.
69. (c) Johnson, S. G.; Tang, D.; Jankowiak, R.; Hayes, J. M.; Small, G. J.; Tiede, D. M. J. Phys. Chem. 1990, 94, 5849-5855.
70. (d) Lyle, P. A.; Kolaczkowski, S. V.; Small, G. J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6924-6933.
71. (e) Hayes, J. M.; Lyle, P. A.; Small, G. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7337-7341.
72. Klevanik, A. V.; Ganago, A. O.; Shkuropatov, A. Y.; Shuvalov, V. A. FEBS Lett. 1988, 237, 61-64.
73. (a) 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, 8885-8889.
74. (b) 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, 898, 613-617.
75. (c) Vos, M. H.; Rappport, F.; Lambry, J.-C.; Breton, J.; Martin, J.-L. Nature 1993, 363, 320-325.
76. (d) Vos, M. H.; Jones, M. R.; Hunter, C. N.; Breton, J.; Lambry, J.-C.; Martin, J.-L. Biochemistry 1994, 33, 6750-6757.
77. (e) Vos, M. H.; Jones, M. R.; McGlynn, P.; Hunter, C. N.; Breton, J.; Martin, J.-L. Biochim. Biophys. Acta 1994, 1186, 117-122.
78. (f) Vos, M. H.; Jones, M. R.; Hunter, C. N.; Breton, J.; Lambry, J.-C.; Martin, J.-L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 1994, 91, 12701-12705.
79. Stanley, R. J.; Boxer, S. G. J. Phys. Chem. 1995, 99, 859-863.
80. Cohen-Bazire, G.; Sistrom, W. R.; Stanier, R. Y. J. Cell. Comp. Physiol. 1957, 49, 25-68.
81. McGann, W. J.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1985, 807, 101-109.
82. (a) Diers, J. R.; Bocian, D. F. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6629-6630.
83. (b) Diers, J. R.; Zhu, Y.; Blankenship, R. E.; Bocian, D. F. J. Phys. Chem. 1996, 100, 8573-8579.
84. Yu, N.-T.; Srivastava, R. B. J. Raman Spectrosc. 1980, 9, 166-171.
85. Shreve, A. P.; Cherepy, N. J.; Mathies, R. A. Appl. Spectrosc. 1992, 46, 707-711.
86. (a) Warshel, A.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 5612-5625.
87. (b) Warshel, A.; Levitt, M. Quantum Chemistry Program Exchange, No. 247; Indiana University, 1974.
88. Li, X.-Y.; Czernuszewicz, R. S.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 7312-7323.
89. (a) Hu, S.; Morris, I. K.; Singh, J. P.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 12446-12458.
90. (b) Hu, S.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc., submitted.
91. Warshel, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 1980, 77, 3105-3109.
92. Lathrop, E.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 3056-3066.
93. Gudowska-Nowak, E.; Newton, M. D.; Fajer, J. J. Phys. Chem. 1990, 94, 5795-5801.
94. (a) Parson, W. W.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6152-6163.
95. (b) Thompson, M. A.; Zerner, M. C.; Fajer, J. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5693-5700.
96. (c) Scheer, P. O. J.; Fischer, S. In Chlorophylls; Scheer, H., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1991; pp 1079-1093.
97. (d) Scheer, P. O. J.; Fischer, S. In ref 6, pp 193-207.
98. (a) Lösche, M.; Feher, G.; Okamura, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 1987, 84, 7537-7541.
99. (b) Lockhart, D. J.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 1988, 85, 107-111.
100. (a) Scheer, P. O. J.; Fischer, S. Chem. Phys. 1987, 115, 151-158.
101. (b) Scheer, P. O. J.; Fischer, S. Chem. Phys. 1989, 131, 115-129.
102. Parson, W. W.; Nabedryk, E.; Breton, J. In ref 6, pp 79-88.
103. Barkigia, K.; Fajer, J. In ref 7, pp 513-540 and references therein.
104. (a) Muegge, I.; Apostolakis, J.; Ermler, U.; Fritzsch, G.; Lubitz, W.; Knapp, E. W. Biochemistry 1996, 35, 8359-8370.
105. (b) Apostolakis, J.; Muegge, I.; Ermler, U.; Fritzsch, G.; Knapp, E. W. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3743-3752.