Electrostatic protein-chromophore interactions promote the all-trans 13-cis isomerization of the protonated retinal schiff base in bacteriorhodopsin: An ab initio CASSCF/MRCI study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 104, Issue 47, 2000, Pages 11379-11388

  Nonella, Marco ^a  

^a UNIVERSITY OF MUNICH   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL BONDS; CHROMOPHORES; ELECTROSTATICS; GROUND STATE; ISOMERIZATION; POTENTIAL ENERGY; PROTONS; RELAXATION PROCESSES;

BACTERIORHODOPSIN;

BACTERIA;

EID: 0034315814     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0019254     Document Type: Article

References (60)

1. Ottolenghi, M.; Sheves, M. Isr. J. Chem. 1995, 35, 193.
2. Haupts, U.; Tittor, J.; Oesterhelt, D. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1999, 28, 367-399.
3. Fodor, S. P. A.; Ames, J. B.; Gebhard, R.; van den Berg, E. M. M.; Stoeckenius, W.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. Biochemistry 1988, 27, 7097-7101.
4. Schulten, K.; Tavan, P. Nature 1978, 272, 85-86.
5. Schulten, K. In Energetics and Structure of Halophilic Microorganism; Caplan, S., Ginzburg, M., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1978; pp 331334.
6. Gerwert, K.; Siebert, F. EMBO J. 1986, 4, 805-812.
7. Mathies, R. A.; Brito Cruz, C. H.; Pollard, W. T.; Shank, C. V. Science 1988, 279, 277-279.
8. Dobler, J.; Zinth, W.; Kaiser, W.; Oesterhelt, D. Chem. Phys. Lett. 1988,'144, 215-220.
9. Hasson, K. C; Gai, F.; Anfinrud, P. A. PNAS 1996,93, 1512415129.
10. Gai, F.; Hasson, K. C.; McDonald, J. C.; Anfinrud, P. A. Science 1998,279, 1886-1891.
11. Garavelli, M.; Nesri, F.; Olivucci, M. J. Am. Cliem. Soc. 1999, 121, 1023-1029.
12. Garavelli, M.; Bernard!, F.; Olivucci, M.; Vreven, T.; Klein, S.; Celani, P.; Robb, M. A. Faraday Discuss. 1998, 110, 51-70.
13. Garavelli, M.; Bernard!, F.; Robb, M. A.; Olivucci, M. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 463, 59-64.
14. Dobado, J. A.; Nonella, M. J. Phys. Chem. 1996, 700, 1828218288.
15. Schulten, K.; Humphrey, W.; Logunov, I.; Sheves, M.; Xu, D. Isr. J. Chem. 1995, 35, 447-464.
16. Humphrey, W.; Lu, H.; Loaunov, I.; Werner, H. J.; Schulten, K. Biophys. J. 1998, 75, 1689-1699. "
17. Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1991, 254, 412-415.
18. Wang, Q.; Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1994, 266, 422-424.
19. Kochendoerfer, G.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1996, 700, 14526-14532.
20. Molteni, C.; Frank, I.; Parrinello, M. J. Am. Chem. Soc. 1999,121, 12177-12183.
21. Frank, I.; Hutter, J.; Marx, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4060-4069.
22. Y.amamoto, S.; Wasada, H.; Kakitani, K. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1998, 451, 151-162.'
23. Yamamoto, S.; Wasada, H.; Kakitani, K. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 462, 463-471.
24. Zhong, Q.; Ruhman, S.; Ottolenshi, M.; Sheves, M.; Friedman, N.; Atkinson, G. H.; Delaney, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12828.
25. Ye, T.; Friedman, N.; Gat, Y.; Atkinson, G. H.; Sheves, M.; Ottolenghi, M.; Ruhman, S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 5122-5130.
26. Lischka, H.; Shepard, R.; Shavitt, I.; Brown, F.; Pitzer, R.; Ahlrichs, R.; Böhm, H.-J.; Chang, A.; Comeau, D.; Gdanitz, R.; Dachsei, H.; Erhard, C.; Emzerhof, M.; Höchtl, P.; Irle, S.; Kedziora, G.; Kovar, T.; Müller, T.; Parasuk, V.; Pepper, M.; Scharf, P.; Schiffer, H.; Schindler, M.; Schüler, M.; Szalay, P.; Zhao, J.-G. Columbus, an ab initio electronic structure program, release 5.3; 1997.
27. Shepard, R.; Shavitt, I.; Pitzer, R. M.; Comeau, D. C.; Pepper, M.; Lischka, H.; Szalay, P. G.; Ahlrichs, R.; Brown, F. B.; Zhao, J. G. //;J. J. Quant. Chem. 1988, 149.
28. Helgaker, T.; Jensen, H. J. A.; Jorgensen, P.; Olsen, J.; Ruud, K.; agren, H.; Andersen, T.; Bak, K. L.; Bakken, V.; Christiansen, O.; Dahle, P.; Dalskov, E. K.; B., T. E.; Fernandez.; Heiberg, H.; Hettema, H.; Jonsson, D.; Kirpekar, S.; Kobayashi, R.; Koch, H.; Mikkelsen, K. V.; Norman, P.; Packer, M. J.; Säue, T.; Taylor, P. R.; Vahtras, O. Dalton, release 1.0; April 1997.
29. Ditchfield, R.; Hehre, W. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1971,54, 724.
30. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257.
31. Francl, M. M.; Pietro, W. J.; Hehre, W. J.; Binkley, J. S.; Gordon, M. S.; DeFrees, D. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3654.
32. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A.; Jr..; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P. Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Pens, C. Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.fjohnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, C.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98, revision a.7; Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA; 1998.
33. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S. J.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347-1363.
34. Nonella, M.; Windemuth, A.; Schulten, K. Phorochem. Photobiol. 1991, 54, 937-948.
35. Zhou, F.; Windemuth, A.; Schulten, K. Biochemistry 1993, 32, 2291-2306.
36. Michl, J., Bonacic-Koutecky, V., Eds. Electronic Aspects of Organic Photochemistry; Wiley: New York, 1990.
37. Kiessinger, M. Angen: Chem. 1995, 707, 597.
38. Garavelli, M.; Celani, P.; Bernardi, F.; Robb, M. A.; Olivucci, M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6891-6901.
39. Kiessinger, M.; Michl, J. Excited States and Photochemistry of Organic Molecules; VCH: New York, 1995.
40. Nonella, M. Manuscript in preparation.
41. Martin, C. H.; Birge, R. R. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 852.
42. Nakano, H. J. Chem. Phys. 1993, 99, 7983.
43. Nakano, H. Chem. Phys. Lett. 1993, 207, 372.
44. Peteanu, L. A.; Schoenlein, R. W.; Wang, Q.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 11762.
45. Arlt, T.; Schmidt, S.; Zinth, W.; Haupts, U.; Oesterheit, D. Chem. Phys. Lett. 1995, 241, 559-565.
46. Hamm, P.; Zurek, M.; Röschinger, T.; Patzelt, H.; Oesterheit, D.; Zinth, W. Chem. Phys. Lett. 1996, 263, 613-621.
47. Logunov, S. L.; Song, L.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18586-18591.
48. Song, L.; El-Sayed, M. A.; Lanyi, J. K. Science 1993, 267, 891.
49. Logunov, S. L.; El-Sayed, M. A.; Song, L.; Lanyi, J. K. J. Phys. Chem. 1996, 700, 2391-2398.
50. Zinth, W. Personal communication.
51. Hudson, B. S.; Kohler, B. E.; Schulten, K. In Excited States; Lim, E. C., Ed.; Academic Press: New York, 1982; p 1.
52. Bash, P. A.; Field, M. J.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1987, 709, 8092.
53. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1990, 77, 700.
54. Stanton, R. V.; Hartsough, D. S.; Merz, K. M. J. Phys. Chem. 1993, 97,11868.
55. Svenssons, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 700, 19357.
56. Matsubara, T.; Maseras, F.; Koga, N.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 700, 2573.
57. Tunön, L; Martins-Costa, M. T. C.; Millot, C.; Ruiz-Löpez, M. F.; Rivail, J. L. J. Comput. Chem. 1996, 77, 19.
58. Tunön, L; Martins-Costa, M. T. C.; Millot, C.; Ruiz-Löpez, M. F. J. Chem. Phys. 1997, 700, 3633.
59. Strnad, M.; Martins-Costa, M. T. C.; Millot, C.; Tunön, I.; RuizLöpez, M. F.; Rivail, J. L. J. Chem. Phys. 1997, 706, 3643.
60. Eichinger, M.; Tavan, P.; Hutter, J.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1999, 770, 10452.