Electronic coupling for charge transfer and transport in DNA

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 104, Issue 41, 2000, Pages 9740-9745

  Voityuk, Alexander A ^a   Rösch, Notker ^a   Bixon, M ^b   Jortner, Joshua ^b  

^a TECHNICAL UNIVERSITY OF MUNICH   (Germany)

^b TEL AVIV UNIVERSITY   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE TRANSFER; SENSITIVITY ANALYSIS; TRANSPORT PROPERTIES;

ELECTRONIC COUPLING; NUCLEOBASES;

DNA;

EID: 0343442500     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp001109w     Document Type: Article

References (72)

1. Marshall, A.; Hodgson, J. Nat. Bioteclmol. 1998, 16, 27.
2. Kelley, S. O.; Jackson, N. M.; Hill, M. G.; Barton, J. K. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 38, 941.
3. Lisdat, F.; Ge, B.; Scheller, F. W. Electrochem. 'Commun. 1999, l, 65.
4. Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L., Mucic, R. C.; Stofhoff, J. J. Nature 1996, 382, 607.
5. Alivisatos, A. P.; Johnsson, K. P.; Wilson, T. E.; Loveth, C. J.; Bruchez, M. P.; Schulz, P. G. Nature 1996, 382, 609.
6. Winfree, E.; Liu, F.; Wenzler, L. A.; Seeman, N. C. Nature 1998, 394, 539.
7. Braun, E.; Eichen, Y.; Sivan, U.; Ben-Joseph, G. Nature 1998, 398, 775.
8. Fink, H.-W.; Schönenberger, C. Nature 1999, 39S, 407.
9. Porath, D.; Bezryadin, A.; de Vries, S.; Dekker, C. Nature 2000, 403, 635.
10. Dandliker, P. J.; Holmlin, R. E.; Barton, J. K. Science 1997, 275, 1465.
11. Holmlin, R. E.; Dandliker, P. J.; Barton, J. K. Augen. Chem., Int. Ed. 1997, 36, 2715.
12. Dandliker, P. J.; Nunez, M. E.; Barton, J. K. Biochemistry 1998, 37, 6491.
13. Kelley, S. O.; Barton, J. B. Science 1999, 283, 375.
14. Steenken, S. Biol. Chem. 1997, 378, 1293.
15. Demple, B.; Harrison, L. Annu. Rev. Biocliem. 1994, 63, 915.
16. Hoffmann, T. A.; Ladik, J. Adv. Chem. Phys. 1964, 7, 84.
17. Ladik, J.; Biczo, G. J. Chem. Phys. 1965, 42, 1658.
18. Ladik, J. Int. J. Quantum Chem. 1971, 3S, 307.
19. Dee, D.; Bauer, M. E. J. Chem. Phys. 1974, 60, 541.
20. Eley, D. D. Mol. Ciysl. Liq. Cryst. 1989, 171, 1.
21. Warman, J. M.; De Haas, M. P.; Rupprecht, A. Chem. Phys. Lett. 1966, 249, 319.
22. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghattia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025.
23. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghattia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Nall. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315.
24. Stemp, E. D. A.; Arkin, M. R.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2375.
25. Holmlin, R. E.; Stemp, E. D. A.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc.
26. 1996. 118, 5236.
27. Arkin, M. R.; Stemp, E. D. A.; Holmlin, R. E.; Barton, J. K.; Hörmann, A.; Olson, E. J. C.; Barbara, P. F. Science 1996, 273, 475.
28. Stemp, E. D. A.; Arkin, M. R.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1997. 119, 2921.
29. Arkin, M. R.; Stemp, E. D. A.; Pulver, S. C.; Barton, J. K. Chem. Biol. 1997, 4, 389.
30. Turro, C.; Evenzahav, A.; Bossmann, S. H.; Barton, J. K.; Turro, N. J. Inorg. Chim. Acta 1996, 243, 101.
31. Hall, D. B.; Holmlin, R. E.; Barton, J. K. Nature (London) 1996, 552, 731.
32. Lewis, F. D.; Wu, T.; Zhang, Y.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Wasielewski, M. R. Science 1997, 277, 673.
33. Lewis, F. D.; Xiayoyang, L.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9746.
34. Fukui, K.; Tanaka, K. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1998, 37, 158.
35. Meggers, E.; Kusch, D.; Spichty, M.; Wille, U.; Giese, B. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1998, 37, 460.
36. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12950.
37. Giese, B.; Wessely, S.; Spormann, M.; Lindemann, U.; Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 38, 996.
38. Wan, C.; Fiebig, T.; Kelley, S. O.; Treadway, C. R.; Barton, J. K.; Zewail, A. H. Proc. Nall. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 6014.
39. Breslin, D. T.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2311.
40. Gasper, S. M.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12762.
41. Henderson, P. T.; Jones, D.; Hampkian, G.; Kan, Y.; Schuster, G. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 8353.
42. Bixon, M.; Jortner, J. Electron Transfer. From Isolated Molecules to Biomolecules; Bixon, M., Jortner, J., Eds. Advances in Chemical Physics, Vol. 106; Wiley: New York, 1999, p 35.
43. Jortner, J.; Bixon, M.; Langenbacher, T.; Michel-Beyerle, M. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12759.
44. Priyadanshy, S.; Risser, S. M.; Beratan, D. N. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17678.
45. Bixon, M.; Giese, B.; Wessely, S.; Langenbacher, T.; MichelBeyerle, M. E.; Jortner, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 11713.
46. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104. 3906.
47. Berlin, Y. A.; Burin, A. L.; Ratner, M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 443.
48. Harriman, A. Angew. Chem., Int. Ed. Engt. 1999, 38, 945.
49. Nunez, M. E.; Hall, D. B.; Barton, J. K. Chem. Biol. 1999, 6, 85.
50. Lewis, F. D.; Liu, X.; Wu, Y.;. Miller, S. E.; Wasielewski, M. R.; Letsinger, R. L.; Sanishvili, R.; Joachimiak, A.; Tereshko, V.; Egli, M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9905.
51. Fukui, K.; Tanaka, K.; Fujitsuka, M.; Watanabe, A.; Ito, O. J. Photochem. Photobiol., B: Biol. 1999, 50, 18.
52. Ly, D.; Sanii, L.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9400.
53. Kan, Y.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 10857.
54. Seidel, C. A. M.; Schultz, A.; Sauer, M. H. M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 5541.
55. Steenken, S.; Jovanovic, S. V. J. Ain. Chem. Soc. 1997, 119, 617.
56. Hush, N. S.; Cheung, A. S. Chem. Phys. Lett. 1975, 34, 11.
57. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rösch, N. Chem. Phys. Lett. 2000, 324, 427.
58. We apply the nonadiabatic limit at high temperatures (ref 41) for the rates of the elementary charge-transfer processes, which are determined by the composite electronic matrix elements (V). For superexchange unistep hole transfer, eq 2; for superexchange intrastrand hole hopping, eq 8; and also for intrastrand hopping between nearest-neighbor G bases, eq 9, the (V) values are sufficiently small (see Section VI) to warrant the applicability of the nonadiabatic limit.
59. Katz, J. L.; Rice, S. A.; Choi, S. I.; Jortner, J. J. Chem. Phys. 1963, 39, 1683.
60. Glaeser, R. M.; Berry, R. S. J. Chem. Phys. 1966, 44, 3797.
61. Hunter, C. A.; Lu, X. J. J. Mol. Biol. 1997, 265, 603.
62. Lu, X. J.; El Hassan, M. A.; Hunter, C. A. J. Mol. Biol. 1997, 273, 681.
63. Clowney, L.; Jain, S. C.; Srinivasan, A. R.; Westbrook, J.; Oison, W. K.; Herman, H. W. J. Am. Client. Soc. 1996, 118, 509.
64. Newton, M. D. Chem. Rev. 1991, 97, 767.
65. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265.
66. Katz, D. J. Stuchebrukhov, A. A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 5658.
67. Daizadeh, J. N.; Gehlen, A. A.; Stuchebrukhov, A. A. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4960.
68. Ivashin, N.; Källebring, B.; Larsson, S.; Hansson, Ö. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5017.
69. Rodrigues-Monge, L.; Larsson, S. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6298.
70. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B., Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A.; Stratmann, R. E., Jr.; 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, L.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; AI-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, C.; HeadGordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98, Revision A.3; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
71. Giese, B., private communication.
72. Michel-Beyerle, M.-E., private communication.