Electronic interactions in photosynthetic light-harvesting complexes: The role of carotenoids

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 101, Issue 37, 1997, Pages 7302-7312

  Scholes, Gregory D ^a,d   Harcourt, Richard D ^b   Fleming, Graham R ^c,d  

^a IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF MELBOURNE   (Australia)

^c UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^d UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COMPUTATIONAL METHODS; MATHEMATICAL MODELS; MOLECULAR STRUCTURE; PHOTOSYNTHESIS; POLARIZATION; REACTION KINETICS;

CAROTENOIDS; MOLECULAR ORBITALS;

ENERGY TRANSFER;

EID: 0031235772     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp963970a     Document Type: Article

References (91)

1. Förster, Th. In Modern Quantum Chemistry; Sinanoglu, O., Ed.; Academic Press: New York, 1965; Vol. 3.
2. Dexter, D. L. J. Chem. Phys. 1953, 21, 836.
3. (b) Merrifield, R. E. J. Chem. Phys. 1955, 23, 402.
4. (c) Naqvi, K. R.; Steel, C. Chem. Phys. Lett. 1970, 6, 29.
5. (d) Harcourt, R. D.; Ghiggino, K. P.; Scholes, G. D.; Speiser, S. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1897.
6. Andrews, D. L. Chem. Phys. 1989, 135, 195.
7. Toledano, E.; Rubin, M. B.; Speiser, S. J. Photochem. Photobiol, A. Chem. 1996, 94, 93.
8. (b) van Dantzig, N. A.; Levy, D. H.; Vigo, C.; Piotrowiak, P. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4894.
9. (c) Wang, Y. S.; Schanze, K. S. Inorg. Chem. 1994, 33, 1354.
10. Fleming, G. R.; van Grondelle; R. Phys. Today 1994, 48.
11. Osuka, A.; Nakajima, S.; Okada, T.; Taniguchi, S.; Noraki, K.; Ohno, T.; Yamazaki, I.; Nishimura, Y.; Mataga, N. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1996, 35, 92.
12. Hess, S.; Åkesson, E.; Cogdell, R. J.; Pullerits, T.; Sundtröm, V. Biophys. J. 1995, 69, 2211.
13. Du, M.; Xie, M.; Mets, L.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4736.
14. (b) Bradforth, S. E.; Jimenez, R.; van Mourik, F.; van Grondelle, R.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1995, 99, 16179.
15. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P.; Oliver, A. M.; Paddon-Row, M. N. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11871.
16. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P.; Oliver, A. M.; Paddon-Row, M. N. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4345.
17. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4580. Note the following corrections in eqs 7: eq 7e replace (ab|ab′) with (ab|a′b′), Eq. (7f) replace 2(a′|a)t with (a′|a′)t, and eq 7g replace 3(aa\bb)q + (aa|a′b′) with 2(aa|bb)q + 3(aa|a′b′).
18. Harcourt, R. D.; Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1994, 101, 10521.
19. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1995, 102, 9754.
20. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D. J. Chem. Phys. 1996, 104, 5054.
21. Scholes, G. D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18731.
22. McDermott, G.; Prince, S. M.; Freer, A. A.; Hawthornethwaite-Lawless, A. M.; Papiz, M. Z.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. Nature 1995, 374, 517.
23. (b) Freer, A. A.; Prince, S. M.; Sauer, K.; Papiz, M. Z.; Hawthornethwaite-Lawless, A. M.; McDermott, G.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. Structure 1996, 4, 449.
24. Karrasch, S.; Bullough, P. A.; Ghosh, R. EMBO J. 1995, 14, 631.
25. Jimenez, R.; Dikshit, S. N.; Bradforth, S. E.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6825.
26. De Caro, C.; Visschers, R. W.; van Grondelle, R.; Völker, S. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10584.
27. Valkunas, L.; Åkesson, E.; Pullerits, T.; Sundström, V. Biophys. J. 1996, 70, 2373.
28. (b) Pullerits, T.; Visscher, K. J.; Hess, S.; Sundström, V.; Freiberg, A.; Timpmann, K.; van Grondelle, R. Biophys. J. 1994, 66, 236.
29. Pullerits, T.; Sundström, V. Acc. Chem. Res. 1996, 29, 281.
30. Pullerits, T.; Chachisvilis, M.; Sundström, V. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10787.
31. (b) Kennis, J. T. M.; Steltsov, A. M.; Aartsma, T. J.; Nozawa, T.; Amesz, J. J. Phys. Chem. 1996, 100, 2438.
32. Savikhin, S.; Struve, W. S. Biochemistry 1994, 33, 11200.
33. Durrant, J. R.; Klug, D. R.; Kwa, S. L. S.; van Grondelle, R.; Porter, G.; Dekker, J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 4798.
34. Frank, H. A.; Cogdell, R. J. In Carotenoids in Photosynthesis; Young, A.; Britton, G., Eds.; Chapman and Hall: London, 1993; p 252.
35. Koyama, Y. J. Photochem. Photobiol. B. Biol. 1991, 9, 265.
36. Shreve, A. P.; Trautman, J. K.; Frank, H. A.; Owens, T. G.; Albrecht, A. C. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1058, 280.
37. Ricci, M.; Bradforth, S. E.; Jimenez, R.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 1996, 259, 281.
38. Nagae, H.; Kakitani, T.; Katoh, T.; Mimuro, M. J. Chem. Phys. 1993, 98, 8012.
39. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1994, 101, 1251.
40. Lin, S. H. Mol. Phys. 1971, 21, 853.
41. (b) Lin, S. H.; Xiao, W. Z. Phys. Rev. E 1993, 47, 3698.
42. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
43. Mukamel, S.; Rupasov, V. Chem. Phys. Lett. 1995, 242, 17.
44. Scholes, G. D.; Clayton, A. H. A. C.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1992, 97, 7405.
45. Closs, G. L.; Piotrowiak, P.; MacInnis, J. M.; Fleming, G. R. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 2652.
46. (b) Closs, G. L.; Johnson, M. D.; Miller, J. R.; Piotrowiak, P. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 3751.
47. Clayton, A. H.; Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P.; Paddon-Row, M. N. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10912.
48. Koutecký, J.; Paldus, J. Theor. Chim. Acta (Berlin) 1963, 1, 268.
49. (b) Koutecký, J.; Paldus, J. Collect. Czech. Chem. Commun. 1962, 27, 599.
50. (c) Polák, R.; Paldus, J. Theor. Chim. Acta (Berlin) 1966, 4, 37.
51. Fidder, H.; Terpstra, J.; Wiersma, D. A. J. Chem. Phys. 1991, 94, 6895.
52. Koyama, Y.; Kuki, M.; Andersson, P. O.; Gillbro, T. Photochem. Photobiol. 1996, 63, 243.
53. Frank, H. A.; Cogdell, R. J. Photochem. Photobiol. 1996, 63, 257.
54. Gillbro, T.; Andersson, P. O.; Liu, R. S. H.; Asato, A. E.; Takaishi, S.; Cogdell, R. J. Photochem. Photobiol. 1993, 57, 44.
55. Frank, H. A.; Farhoosh, R.; Aldema, M. L.; DeCoster, B.; Christensen, R. L.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J. Photochem. Photobiol. 1993, 57, 49.
56. Cogdell, R. J.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1987, 895, 63.
57. Mimuro, M.; Katoh, T. Pure Appl. Chem. 1991, 63, 123.
58. Tavan, P.; Schulten, K. Phys. Rev. B 1986, 36, 4337.
59. (b) Tavan, P.; Schulten, K. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6602.
60. DeCoster, B.; Christensen, R.L.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J.; Farhoosh, R.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1102, 107.
61. Andersson, P. O.; Cogdell, R. J.; Gillbro, T. Chem. Phys. 1996, 210, 195.
62. Hayashi, H.; Kolaczkowski, S. V.; Nuguchi, T.; Blanchard, D.; Atkinson, G. H. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4664.
63. Prince, S. M.; McDermott, G.; Freer, A. A.; Hawthornthwaite-Lawless,A. M.; Papiz, M. Z.; Isaacs, N. W.; Cogdell, R. J. In Abstracts of the 6th Congress of the European Society for Photobiology; Cambridge University Press: London, 1995; p 2.
64. Scholes, G. D.; Andrews, D. L. J. Chem. Phys., in press.
65. London F. Z. Phys. 1930, 63, 245.
66. Craig, D. P.; Thirunamachandran, T. Molecular Quantum Electro-dynamics; Academic Press: New York, 1984.
67. Andrews, D. L. Faraday Discuss. 1994, 99, 375.
68. Power, E. A.; Thirunamachandran, T. Phys. Rev. A 1993, 48, 4761.
69. (b) Power, E. A.; Thirunamachandran, T. Phys. Rev. A 1995, 51, 3660.
70. (c) Power, E. A.; Thirunamachandran, T. Chem. Phys. 1995, 198, 5.
71. McWeeny, R. Methods of Molecular Quantum Mechanics, 2nd ed.; Academic Press: New York, 1992.
72. Bernardi, F.; Bottini, A.; McDougall, J. J. W.; Robb, M. A.; Schlegel, Faraday Symp. Chem. Soc. 1984, 19, 137.
73. Roos, B. O.; Andersson, K.; Fülscher, M. P. Chem. Phys. Lett. 1992, 192, 5.
74. Gaussian 94, Revision C.2; Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Keith, T.; Petersson, G. A.; Montgomery, J. A.; Raghavachari, K.; Al-Laham, M. A.; Zakrzewski, V. G.; Ortiz, J. V.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Peng, C. Y.; Ayala, P. Y.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Replogle, E. S.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Binkley, J. S.; Defrees, D. J.; Baker, J.; Stewart, J. P.; Head-Gordon, M.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1995.
75. Serrano-Andrés, L.; Lindh, R.; Roos, B. O. J. Phys. Chem. 1993, 97, 9360.
76. Buma, W. J.; Kohler, B. E.; Song, K. J. Chem. Phys. 1991, 94, 4691.
77. Kramer, H. J. M.; van Grondelle, R.; Hunter, N.; Westerhuis, W. H. J.; Amesz, J. Biochim. Biophys. Acta 1984, 705, 156.
78. Chadwick, B. W.; Zhang, C.; Cogdell, R. J.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1987, 893, 444.
79. Frank, H. A.; Cua, A.; Chynwat, V.; Young, A.; Gortztola, D.; Wasielewski, M. Photosynth. Res. 1994, 41, 389.
80. Trautman, J. K.; Shreve, A. P.; Violette, C. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 215.
81. Shreve, A. P.; Trautman, J. K.; Frank, H. A.; Owens, T. G.; Albrecht, A. C. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1058, 280.
82. Krueger, B.; Scholes, G. D.; Jimenez, R.; Fleming, G. R., manuscript in preparation.
83. Crielaard, W.; Visschers, R. W.; Fowler, G. J. S.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K. J.; Hunter, C. N. Biochim. Biophys. Acta 1994, 1183, 473.
84. Gottfried, D. S.; Steffen, M. A.; Boxer, S. G. Science 1991, 251, 662.
85. Gottfried, D. S.; Steffen, M. A.; Boxer, S. G. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1059, 76.
86. Hess, S.; Visscher, K. J.; Pullerits, T.; Sundström, V.; Fowler, G. J. S.; Hunter, C. N. Biochemistry 1994, 33, 8300.
87. 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.
88. Monshouwer, R.; de Zarate, O. I.; van Mourik, F.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 1995, 246, 341.
89. Newton, M. D. Chem. Rev. 1991, 91, 767.
90. Jordan, K. D.; Paddon-Row, M. N. Chem. Rev. 1992, 92, 395.
91. Hu, Y.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1989, 91, 6973.