Reaction-induced FT-IR spectroscopic studies of biological energy conversion in oxygenic photosynthesis and transport

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 105, Issue 19, 2001, Pages 4072-4083

  Kim, Sunyoung ^a   Barry, Bridgette A ^b  

^a VIRGINIA POLYTECHNIC INSTITUTE AND STATE UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF MINNESOTA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

LACTOSE PERMEASE; PHOTOSYSTEM; SITE-DIRECTED MUTAGENESIS; VIBRATIONAL SPECTROSCOPY;

AMINO ACIDS; CONFORMATIONS; ENZYMES; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; HYDROGEN BONDS; OXIDATION; PARAMAGNETIC RESONANCE; PERMITTIVITY; PHOTOSYNTHESIS; REDOX REACTIONS; TRANSPORT PROPERTIES;

PROTEINS;

EID: 0035902379     PISSN: 10895647     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0042516     Document Type: Article

References (139)

1. Kim, S.; Liang, J.; Barry, B. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 14406-14412.
2. MacDonald, G. M.; Bixby, K. A.; Barry, B. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 11024-11028.
3. Rothschild, K. J.; Zagaeski, M.; Cantore, W. A. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1981, 103, 483-489.
4. Bagley, K.; Dollinger, G.; Eisenstein, L.; Singh, A. K.; Zimanyi, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982, 79, 4972-4976.
5. Stoeckenius, W.; Bogomolni, R. A. Annu. Rev. Biochem. 1982, 52, 587-616.
6. Braiman, M.; Mathies, R. Biochemistry 1980, 19, 5421-5428.
7. Pande, J.; Callender, H. R.; Ebrey, T. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1981, 78, 7379-7382.
8. Braiman, M.; Mathies, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982, 79, 403-407.
9. Luecke, H.; Schobert, B.; Richter, H.-T.; Cartailler, J.-P.; Lanyi, J. K. Science 1999, 286, 255-260.
10. Royant, A.; Edman, K.; Urshy, T.; Pebay-Peyroula, E.; Landau, E. M.; Neutze, R. Science 2000, 406, 645-648.
11. Sass, H. J.; Buldt, G.; Gessinich, R.; Hehn, D.; Neff, D.; Schlesinger, R.; Berendzen, J.; Ormos, P. Science 2000, 406, 649-653.
12. Subranmaniam, S.; Henderson, R. Science 2000, 406, 653-657.
13. Rothschild, K. J. J. Bioenerg. Biomembr. 1992, 24, 147-167.
14. Rath, P.; Olson, K. D.; Spudich, J. L.; Rothschild, K. J. Biochemistry 1994, 33, 5600-5606.
15. Braiman, M. S.; Walter, T. J.; Briarcheck, D. M. Biochemistry 1994, 33, 1629-1635.
16. Maeda, A.; Ohkita, Y. J.; Sasaki, J.; Shichida, Y.; Yoshizawa, T. Biochemistry 1993, 32, 12033-12038.
17. Foerstendorf, H.; Mummert, E.; Schafer, E.; Scheer, H.; Siebert, F. Biochemistry 1996, 35, 10793-10799.
18. Breton, J.; Boullais, C.; Berger, G.; Mioskowski, C.; Nabedryk, E. Biochemistry 1995, 34, 11606-11616.
19. Noguchi, T.; Fukami, Y.; Oh-oka, H.; Inoue, Y. Biochemistry 1997, 36, 12329-12336.
20. Behr, J.; Hellwig, P.; Mäntele, W.; Michel, H. Biochemistry 1998, 37, 7400-7406.
21. MacDonald, G. M; Barry, B. A. Biochemistry 1992, 31, 9848-9856.
22. Bernard, M. T.; MacDonald, G. M.; Nguyen, A. P.; Debus, R. J.; Barry, B. A. J. Biol. Chem. 1995, 270, 1589-1594.
23. MacDonald, G. M.; Steenhuis, J. J.; Barry, B. A. J. Biol. Chem. 1995, 270, 8420-8428.
24. Steenhuis, J. J.; Barry, B. A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11927-11932.
25. Steenhuis, J. J.; Barry, B. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6652-6660.
26. Kim, S.; Ayala, I.; Steenhuis, J. J.; Gonzalez, E. T.; Razeghifard, M. R.; Barry, B. A. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1366, 330-354.
27. Kim, S.; Barry, B. A. Biochemistry 1998, 37, 13882-13892.
28. Kim, S.; Barry, B. A. Biophys. J. 1998, 74, 2588-2600.
29. Steenhuis, J. J.: Berry, B. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4-8.
30. Ayala, I.; Kim, S.; Barry, B. A. Biophys. J. 1999, 77, 2137-2144.
31. Hutchinson, R. S.; Steenhuis, J. J.; Yocum, C. F.: Razeghifard, R. M.; Barry, B. A. J. Biol. Chem. 1999, 274, 31987-31995.
32. Razeghifard, M. R.; kim, S.; Patzlaff, J. S.; Hutchinson, R. S.; Krick, T.; Ayala, I.; Steenhuis, J. J.; Boesch, S. E.; Wheeler, R. A.; Barry, B. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9790-9800.
33. Steenhuis, J. J.; Hutchinson, R. S.; Barry, B. A. A. J. Biol. Chem. 1999, 274, 14609-14616.
34. Kim, S.; Barry, B. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4980-4981.
35. Kim, S.; Patzlaff, J.; Krick, T.; Ayala, I.; Sachs, R. K.; Barry, B. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9720-9727.
36. Kim, S.; Barry, B. A. Submitted.
37. Patzlaff, J. S.; Brooker, R. J.; Barry, B. A. J. Biol. Chem. 2000, 275, 28695-28700.
38. Britt, R. D. In Oxygenic Photosynthesis: The Light Reactions; Ort, D. R. Yocum, C. F., Eds.; Kluwer Academic Publisher: Dordrecht, The Netherlands 1996, Vol. 4, pp 137-164.
39. Barry, B. A. Methods Enzymol. 1995, 258, 303-319.
40. Boerner, R. J.; Barry, B. A. J. Biol. Chem. 1993, 267, 17151-17154.
41. Gerken, S.; Brettel, K.; Schlodder, E.; Witt, H. T. FEBS Lett. 1988, 237, 69-75.
42. Barry, B. A.; Babcock, G. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987, 84, 7099-7103.
43. Joliot, P.; Kok, B. In Bioenergetics of Photosynthesis; Govindjee, Ed.; Academic Press: New York 1975, 388-412.
44. Bricker, T.; Frankel. L. Photosynth. Res. 1998, 56, 157-173.
45. Deisenhofer, J.; Michel, H. Science 1989, 245, 1463-1473.
46. Okamura, M. Y.; Isaacson, R. A.; Feher, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1975, 72, 3491-3495.
47. Zhao, X.; Ogura, T.; Okamura, M.; Kitagawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5263-5264.
48. Berthomieu, C.; Nabedryk, E.; Mantele, W.; Breton, J. FEBS Lett. 1990, 269, 363-367.
49. Zhang, H.; Razeghifad, M. R.; Fischer, G.; Wydrzynski, T. Biochemistry 1997, 36, 11762-11768.
50. Koulougliotis, D.; Tang, X. S.; Diner, B. A.; Brudvig, G. W. Biochemistry 1995, 34, 2850-2856.
51. Debus, R. J.; Barry, B. A.; Babcock, G. T.; McIntosh, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 427-430.
52. Debus, R. J.; Barry, B. A.; Sithole, I.; Babcock, G. T.; McIntosh, L. Biochemistry 1988, 27, 9071-9074.
53. Vermaas, W. F. J.; Rutherford, A. W.; Hansson, O. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 8477-8481.
54. Metz, J. G.; Nixon, P. J.; Rogner, M.; Brudvig, G. W.; Diner, B. A. Biochemistry 1989, 28, 6960-6969.
55. Noren, G. H.; Barry, B. A. Biochemistry 1992, 31, 3335-3342.
56. Noren, G. H.; Broener, R. J.; Barry, B. A. Biochemistry 1991, 30, 3943-3950.
57. Boerner, R. J.; Bixby, K. A.; Nguyen, A. P.; Noren, G. H.; Debus, R. J.; Barry, B. A. J. Biol. Chem. 1993, 268, 1817-1823.
58. Styring, S. ; Rutherford, A. W. Biochemistry 1987, 26, 2401-2405.
59. Razeghifard, M. R.; Klughammer, C.; Pace, R. J. Biochemistry 1997, 36, 86-92.
60. Babcock, G. T.; Sauer, K. Biochim. Biophys. Acta 1973, 325, 504-519.
61. Boussac, A.; Etienne, A. L. Biochim. Biophys. Acta 1984, 766, 576-581.
62. Marcus, R. A. Pure Appl. Chem. 1997, 69, 13-29.
63. Tommos, C.; Davidsson, L.; Svensson, B.; Madsen, C.; Vermaas, W.; Styring, S. Biochemistry 1993, 32, 5436-5441.
64. Campbell, K. A.; Peloquin, J. M.; Diner, B. A.; Tang, X.-S.; Chisholm, D. A.; Britt, R. D. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 4787-4788.
65. Hays, A.-M. A.; Vassiliev, I. R.; Golbeck, J. H.; Debus, R. J. Biochemistry 1998, 37, 11352-11365.
66. Mamedov, F.; Sayre, R. T.; Styring, S. Biochemistry 1998, 37, 14245-14256.
67. Roffey, R. A.; van Wijk, K.-J.; Sayre, R. T.; Styring, S. J. Biol. Chem. 1994, 269, 5115-5121.
68. Hays, A. M. A.; Vassiliev, I. R.; Golbeck, J. H.; Debus, R. J. Biochemistry 1999, 38, 11851-11865.
69. Force, D. A.; Randall, D. W.; Britt, R. D.; Tang, X.-S.; Diner, B. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 12643-12644.
70. Diner, B. A.; Force, D. A.; Randall, D. W.; Britt, R. D. Biochemistry 1998, 37, 17931-17943.
71. Tu, C.; Silverman, D. N. Biochemistry 1989, 28, 7913-7918.
72. Barrick, D. Biochemistry 1994, 33, 6546-6554.
73. Fitzgerald, M. N.; Churchill, M. J.; McRee, D. E.; Goodin, D. B. Biochemistry 1994, 33, 3807-3818.
74. Decatur, S. M.; Boxer, S. G. Biochemistry 1995, 34, 2122-2129.
75. Wilks, A.; Sun, J.; Loehr, T. M.; Ortiz de Montellano, P. R. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2925-2926.
76. Goldsmith, J. O.; King, B.; Boxer, S. G. Biochemistry 1996, 35, 2421-2428.
77. -1 band may be attributable to a neutral tyrosine residue.
78. Hienerwadel, R.; Boussac, A.; Breton, J.; Diner, B. A.; Berthomieu, C. Biochemistry 1997, 36, 14712-14723.
79. Noguchi, T.; Inoue, Y.; Tang, X.-S. Biochemistry 1997, 36, 14705-14711.
80. Berthomieu, C.; Hienerwade, R.; Boussac, A.; Breton, J.; Diner, B. A. Biochemistry 1998, 37, 10547-10554.
81. Garfinkel, D.; Edsall, J. T. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 3807-3812.
82. Columbo, L.; Bleckmann, P.; Schrader, B.; Scheider, R.; Plesser, T. J. Chem. Phys. 1974, 61, 3270-3278.
83. Wolff, H.; Muller, H. J. Chem. Phys. 1974, 60, 2938-2939.
84. Caswell, D. S.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 6470-6477.
85. Majoube, M.; Vergote, G. J. J. Mol. Struct. 1992, 266, 345-352.
86. Harhay, G. P.; Hudson, B. S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 8158-8164.
87. Markham, L. M.; Mayne, L. C.; Hudson, B. S.; Zgierski, M. Z. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10319-10325.
88. Noguchi, T.; Ono, T. A.; Inoue, Y. Biochemistry 1992, 31, 5953-5956.
89. Zhang, H.; Fischer, G.; Wydrzynski, T. Biochemistry 1998, 37, 5511-5517.
90. Chu, H. A.; Gardner, M. T.; O'Brien, J. P.; Babcock, G. T. Biochemistry 1999, 38, 4533-4541.
91. Barry, B. A. Photosynth. Res. 2000, 65, 197-198.
92. Nanba, O.; Satoh, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987, 84, 109-112.
93. Zouni, A.; Witt, H. T.; Kern, J.; Fromme, P.; Kraus, N.; Saenger. W.; Orth, P. Nature 2001, 409, 739-743.
94. Trebst, A. Z. Naturforsch. 1986, 41c, 240-245.
95. Barry, B. A.; Boerner. R. J.; de Paula, J. C. In The Molecular Biology of the Cyanobacteria; D. Bryant, Ed.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht 1994, Vol. 1, pp 215-257.
96. Boerner, R. J.; Nguyen, A. P.; Barry, B. A.; Debus, R. J. Biochemistry 1992, 31, 6660-6672.
97. Nixon, P. J.; Diner, B. A. Biochemistry 1992, 31, 942-948.
98. Norlund, P.; Sjöberg, B.-M.; Eklund, H. Nature 1990, 345, 593-598.
99. Rosenzweig, A. C.; Frederick, C. A.; Lippard, S. J.; Norlund, P. Nature 1993, 366, 537-543.
100. Hutchinson, R. S.; Betts, S. D.; Yocum, C. F.; Barry, B. A. Biochemistry 1998, 37, 5643-5653.
101. Äkerlund, H.-E.; Jansson, C. FEBS Lett. 1981, 124, 229-232.
102. Yamomoto, Y.; Doi, M.; Tamura, N.; Nishimura, N. FEBS Lett. 1981, 133, 265-268.
103. Ono, T.; Inoue, Y. FEBS Lett. 1983, 164, 252-260.
104. Miyao, M.; Murata, N. FEBS Lett. 1984, 170, 350-354.
105. Bricker T. M. Biochemistry 1992, 31, 4623-4628.
106. Surewicz, W. K.; Mantsch H. A.; Chapman, D. Biochemistry 1993, 32, 389-394.
107. Jackson, M.; Mantsch, H. H. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 1995, 30, 95-120.
108. Byler, D. M.; Susi, H. Biopolymers 1986, 25, 469-487.
109. Krimm, S.; Bandekar, J. In Advances in Protein Chemistry; Anfinsen, C. B., Edsall, J. T., Richards, F. M., eds; Academic Press: New York 1986, Vo. 38, pp 181-364.
110. Ahmed, A.; Tajmir-Riahi H. A.; Carpentier, R. FEBS Lett. 1995, 363, 65-68.
111. Lydakis-Simantiris, N.; Hutchison, R. S.; Betts, S. D.; Barry, B. A.; Yocum, C. F. Biochemistry 1999, 38, 404-414.
112. Miyao, M.; Murata, N.; Lavorel, J.; Maison-Peteri, B.; Boussac, A.; Etienne, A.-L. Biochim. Biophys. Acta 1987, 890, 151-159.
113. Vass, I.; Ono, T.; Inoue, Y. Biochim. Biophys. Acta 1987, 892, 224-235.
114. Burnap, R. L.; Shen, J. R.; Jursinic, P. A.; Inoue, Y.; Sherman, L. A. Biochemistry 1992, 31, 7404-7410.
115. Van Gorkom, H. J.; Schelvins, J. P. M. Photosynth. Res. 1993, 38, 297-301.
116. Matysik, J.; Alia,; Gast, P.; van Gorkom, H. J.; Hoff, A. J.; de Groot, H. J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 9865-9870.
117. Brettel, K. Biochim. Biophys. Acta 1997, 1318, 322-373.
118. Setif. P. In The Photosystems: Structure, Function and Molecular Biology; Barber, J., Ed.; Elsevier: The Hague, 1992; pp 471-499.
119. Golbeck, J. H. In The Molecular Biology of Cyanobacteria; Bryant, D. A., Ed.; Kluwer Academic Publishers: The Netherlands 1994, pp 319-360.
120. Bryant, D. A. In The Photosystems: Structure, Function and Molecular Biology; Barber, J., Ed.: Amsterdam 1992, Vol. 11, pp 501-549.
121. Krauss, N.; Schubert, W. D.; Klukas, O.; Fromme, P.; Witt, H. T.; Saenger, W. Nat. Struct. Biol. 1996, 3, 965-973.
122. Nabedryk, E.; Leonard, M.; Mäntele, W.; Breton, J. Biochemistry 1990, 29, 3242-3247.
123. Li, H.; G. J. Thomas J. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 456-462.
124. Li, H.; Wurrey, C. J.; G. J. Thomas, J. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 7463-7469.
125. Liebl, U.; Mochenstrum-Wilson, M.; Trost, J. T.; Brune, D. C.; Blankenship, R.; Vermaas, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 7124-7128.
126. Xiong, J.; Inoue, K.; Bauer, C. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 14851-14856.
127. Xiong, J.; Fischer, W. M.; Inoue, K.; Nakahara, M.; Bauer, C. E. Science 2000, 289, 1724-1730.
128. Kaback, H. R.; Wu, J. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 805-813.
129. West, I. C.; Mitchell, P. Biochem. J. 1973, 132, 587-592.
130. Winkler, H. H.; Wilson, T. H. J. Biol. Chem. 1996, 241, 2200-2211.
131. Patzlaff, J. S.; Moeller, J. A.; Barry, B. A.; Brooker, R. J. Biochemistry 1998, 37, 15363-15375.
132. Racker, E.; Stoeckenius, W. J. Biol. Chem. 1974, 249, 662-663.
133. Lozier, R. H.; Niederberger, W.; Bogomolni, R. A.; Hwang, S.-B.; Stoeckenius, W. Biochim. Biophys. Acta 1976, 440, 545-556.
134. Gerber, G. E.; Gray, C. P.; Wildenauer, D.; Khorana, H. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1977, 74, 5426-5430.
135. Kaczorowski, G. J.; Robertson, D. E.; Kaback, H. R. Biochemistry 1979, 18, 3697-3704.
136. Johnson, J. L.; Brooker. R. J. J. Biol. Chem. 1999, 274, 4074-4081.
137. Kaback, H. R. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1986, 15, 279-319.
138. Jacq, C.; Alt-Morbe, J.; Andre, B.; Arnold, W.; Bahr, A.; Ballesta, J.; Bargues, M.; Baron, L.; Becker, A.; Biteau, N.; Blocker, H.; Blugeon, C.; Boskovic, J.; Brandt, P.; Bruckner, M.; Buitrago, M.; Coster, F.; Delaveay, T.; del Rey, F. Dujon, B,; Eide, L.; Garcia-Cantalejo, J.; Goffeau, A.; Gomez-Peris, A.; et al. Nature 1997, 387 (6632, Suppl.), 75-78.
139. Tettelin, H.; Agostoni Carbone, M.; Albermann, K.; Albers, M.; Arroyo, J.; Backes, U.; Barreiros, T.; Bertani, I.; Bjourson, A.; Clemente, M.; Coblenz, A.; Coglievina, M.; Coissac, E.; Defoor, E.; Del Bino, S.; Delius, H.; Delneri, D.; de Wergifosse, P.; Dujon, B.; et al. Nature 1997, 387 (6632, Suppl.), 81-84.