Ultrafast excited and ground-state dynamics of the green fluorescent protein chromophore in solution

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 108, Issue 21, 2004, Pages 4587-4598

  Vengris, Mikas ^a   Van Stokkum, Ivo H M ^a   He, Xiang ^b   Bell, Alasdair F ^b   Tonge, Peter J ^b   Van Grondelle, Rienk ^a   Larsen, Delmar S ^a  

^a VU UNIVERSITY AMSTERDAM   (Netherlands)

^b STONY BROOK UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

GREEN FLUORESCENCE PROTEINS (GFP); PHENOMENOLOGICAL MODELS; PHOTOINDUCED TRANSIENT STATES; PROTONATION STATES;

CHEMICAL BONDS; CHROMOPHORES; FLUORESCENCE; GLYCEROL; GROUND STATE; IONIZATION; ISOMERIZATION; NEGATIVE IONS; PH EFFECTS; PHOTONS; POSITIVE IONS; PROTONS; SOLUTIONS;

PROTEINS;

EID: 2942527221     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp037902h     Document Type: Article

References (98)

1. Prendergast, F. G. Biophysics of the green fluorescent protein. In Methods in Cell Biology; Academic Press: San Diego, CA, 1999; Vol. 58; p 1.
2. Tsien, R. Y. Ann. Rev. Biochem. 1998, 67, 509.
3. Zimmer, M. Chem. Rev. 2002, 102, 759.
4. Prasher, D. C. Trends Genet. 1995, 11, 320.
5. Haseloff, J.; Siemering, K. R.; Prasher, D. C.; Hodge, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 2122.
6. Cody, C. W.; Prasher, D. C.; Westler, W. M; Prendergast, F. G.; Ward, W. W. Biochemistry 1993, 32, 1212.
7. Warren, A.; Zimmer, M. J. Mol. Graph. Model. 2001, 19, 297.
8. Chattoraj, M.; King, B. A.; Bublitz, G. U.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 8362.
9. Brejc, K.; Sixma, T. K.; Kitts, P. A.; Kain, S. R.; Tsien, R. Y.; Ormo, M.; Remington, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 2306.
10. Palm, G. J.; Zdanov, A.; Gaitanaris, G. A.; Stauber, R.; Pavlakis, G. N.; Wlodawer, A. Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 361.
11. Lossau, H.; Kummer, A.; Heinecke, R.; Pollinger-Dammer, F.; Kompa, C.; Bieser, G.; Jonsson, T.; Silva, C. M.; Yang, M. M.; Youvan, D. C.; Michel-Beyerle, M. E. Chem. Phys. 1996, 213, 1.
12. Creemers, T. M. H.; Lock, A. J.; Subramaniam, V.; Jovin, T. M.; Volker, S. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 557.
13. Litvinenko, K. L.; Webber, N. M.; Meech, S. R. Chem. Phys. Lett. 2001, 346, 47.
14. Litvinenko, K. L.; Webber, N. M.; Meech, S. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 2616.
15. Webber, N. M.; Litvinenko, K. L.; Meech, S. R. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 8036.
16. Niwa, H.; Inouye, S.; Hirano, T.; Matsuno, T.; Kojima, S.; Kubota, M.; Ohashi, M.; Tsuji, F. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 13617.
17. Mandal, D.; Tahara, T.; Webber, N. M.; Meech, S. R. Chem. Phys. Lett. 2002, 358, 495.
18. Klessinger, M.; Michl, J. Excited States and Photochemistry of Organic Molecules; VCH: Weinheim, Germany, 1995.
19. Litvinenko, K. L.; Webber, N. M.; Meech, S. R. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2002, 75, 1065.
20. Follenius-Wund, A.; Bourotte, M.; Schmidt, M.; Lyice, F.; Land, H.; Bourguignon, J.-J.; Haiech, J.; Pigault, C. Blophys. J. 2003, 85, 1839.
21. Kummer, A. D.; Kompa, C.; Niwa, H.; Hirano, T.; Kojima, S.; Michel-Beyerle, M. E. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7554.
22. Didier, P.; Guidoni, L.; Schwalbach, G.; Bourotte, M.; Follenius-Wund, A.; Pigault, C.; Bigot, J. Y. Chem. Phys. Lett. 2002, 364, 503.
23. Liu, R. S. H.; Hammond, G. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000. 97, 11153.
24. Liu, R. S. H. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 555.
25. Weber. W.; Helms, V.; McCammon, J. A.; Langhoff, P. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 6177.
26. Kennis, J. T. M.; Larsen, D. S.; van Stokkum, I. H. M.; Vengris, M.; van Thor, J. J.; van Grondelle, R. submitted.
27. Larsen, D. S.; Vengris, M.; van Stokkum, I. H. M.; van der Horst, M.; Cordfunke, R.; Hellingwerf, K.; van Grondelle, R. In preparation.
28. Larsen, D. S.; van Stokkum, I. H. M.; Vengris, M.; van der Horst, M.; Hellingwerf, K.; van Grondelle. R. submitted.
29. Gai, F.; McDonald, J. C.; Anfinrud, P. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6201.
30. Bell, A. F.; He, X.; Wachter, R. M.; Tonge, P. J. Biochemistry 2000, 39, 4423.
31. Schellenberg, P.; Johnson, E.; Esposito, A. P.; Reid, P. J.; Parson. W. W. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 5316.
32. Gradinaru, C. C.; van Stokkum, I. H. M.; Pascal, A. A.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9330.
33. Larsen, D. S.; Vengris, M.; van Stokkum, I. H. M.; van der Horst, M.; de Weerd, F. L.; Hellingwerf, K. J.; van Grondelle, R. Biophys. J. 2004, 86, 2538.
34. van Stokkum, I. H. M.; Scherer, T.; Brouwer, A. M.; Verhoeven, J. W. J. Phys. Chem. 1994, 92, 852
35. Holzwarth, A. R. Data Analysis in time-resolved measurements. In Biophysical Techniques in Photosynthesis; Amesz, J., Hoff, A. J., Eds.; Kluwer: Dordrecht, The Netherlands, 1996.
36. de Weerd, F. L.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2002, 354, 38.
37. van Stokkum, I. H. M.; Larsen, D. S.; van Grondelle, R. submitted.
38. Muller, M. G.; Drews, G.; Holzwarth, A. Chem. Phys. Lett. 1996, 258, 194.
39. Zhang, J. P.; Inaba, T.; Watanabe, Y.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 484.
40. Papagiannakis, E.; Kennis, J. T. M.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6017.
41. Larsen, D. S.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Vengris, M.; Kennis, J. T. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2003, 381, 733.
42. He, X.; Bell, A. F.; Tonge, P. J. FEBS Lett. 2003, 549, 35.
43. Ruhman, S.; Hou, B.; Freidman, N.; Ottolenghi, M.; Sheves, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8854.
44. Vilchiz, V. H.; Kloepfer, J. A.; Germaine, A. C.; Lenchenkov, V. A.; Bradforth, S. E. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1711.
45. Long, F. H.; Lu, H.; Eisenthal, K. B. Phys. Rev. Lett. 1990, 64, 1469.
46. Jou, F.-Y.; Freeman, G. R. J. Phys. Chem. 1979, 83, 2383.
47. Changenet-Barret, P.; Espagne, A.; Katsonis, N.; Charier, S.; Baudin, J.-B.; Jullien, L.; Plaza, P.; Martin, M. M. Chem. Phys. Lett. 2002. 365, 285.
48. Changenet-Barret, P.; Plaza, P.; Martin, M. M. Chem. Phys. Lett. 2001, 336, 439.
49. Martin, M. M.; Plaza, P.; Changenet-Barret, P.; Siemiarczuk, A. J. Phys. Chem. A 2002 106, 2351.
50. Larsen, D. S.; Vengris, M.; van Stokkum, I. H. M.; van der Horst, M.; Cordfunke, R.; Hellingwerf, K. J.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2003, 369, 563.
51. Lachish, U.; Shafferman, A.; Stein, G. J. Chem. Phys. 1975, 64, 4205.
52. Gauduel, Y.; Pommeret, S.; Migus, A.; Antonetti, A. J. Phys. Chem. 1989, 93, 3880.
53. Lu, H.; Long, F. H.; Bowman, R. M.; Eisenthal, K. B. J. Phys. Chem. 1989, 93, 27.
54. Goulet, T.; Jaygerin, J. P. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5076.
55. Buxton, G. V.; Greenstock, C. L.; Helman, W. P.; Ross, A. B. J. Phys. Chem. Ref. Data 1988, 17, 513.
56. Winkler, K.; Lindner, J. R.; Subramaniam, V.; Jovin, T. M.; Vohringer, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002, 4, 1072.
57. Abramavicius, D.; Gulbinas, V.; Valkunas, L.; Shiu, Y.-J.; Liang, K.; Hayashi, M.; Lin, S. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 8864.
58. Hamm, P.; Zurek, M.; Roschinger, T.; Patselt, H.; Oesterhelt, D.; Zinth, W. Chem. Phys. Lett. 1996, 263, 613.
59. Fain, B. Irreversibilities in quantum mechanics; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 2000.
60. Toniolo, A.; Ben-Nun, M.; Martínez, T. J. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 4679.
61. Toniolo, A.; Granucci, G.; Martínez, T. J. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 3822.
62. Maroncelli, M. J. Mol. Liq. 1993, 57, 1.
63. Jimenez, R.; Fleming, G. R.; Kumar. P. V.; Maroncelli, M. Nature 1994, 369, 471.
64. Kovalenko, S. A.; Ernsting, N. P.; Ruthmann, J. J. Chem. Phys. 1997, 106, 3504.
65. Kovalenko, S. A.; Ruthmann, J.; Ernsting, N. P. Chem. Phys. Lett. 1997, 277, 40.
66. Kovalenko, S. A.; Ruthmann, J.; Ernsting, N. P. J. Chem. Phys. 1998, 109, 1894.
67. Changenet-Barret, P.; Choma, C.; Gooding, E.; DeGrado, W.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9322.
68. Dobler, J.; Zinth, W.; Kaiser, W.; Oesterhelt, D. Chem. Phys. Lett. 1988, 744, 215.
69. Stratt, R. M.; Maroncelli, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12981.
70. Horng, M. L; Gardecki, J. A.; Papazyan, A.; Maroncelli, M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 17311.
71. Oster, G.; Nishijima, Y. J. Am. Chem. Soc. 1956, 78, 1581.
72. Migus, A.; Gauduel, Y.; Martin, L. J.; Antonetti, A. Phys. Rev. Lett. 1987, 58, 1559.
73. Jordanides, X. J.; Lang, M. J.; Song, X. Y.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7995.
74. Toniolo, A.; Olsen, S.; Manohar, L.; Martínez, T. J. Faraday Discuss. 2004, in press.
75. Mandai, D.; Tahara, T.; Meech, S. R. in press.
76. Gardecki, J.; Horng, M. L.; Papazyan, A.; Maroncelli, M. J. Mol. Liq. 1995, 65-6, 49.
77. Rosenthal, S. J.; Jimenez, R.; Fleming, G. R.; Kumar, P. V.; Maroncelli, M. J. Mol. Liq. 1994, 60, 25.
78. Lang, M. J.; Jordanides, X. J.; Song, X.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5884.
79. Vengris, M.; Larsen, D. S.; Chergui, M.; van Stokkum, I. H. M.; Haacke, S.; van Grondelle, R. in preparation.
80. Chosrowjan, H.; Malaga, N.; Shibata, Y.; Imamoto, Y.; Tokunaga, F. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7695.
81. Das, A. K.; Hasegawa, J. Y.; Miyahara, T.; Ehara, M.; Nakatsuji, H. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1421.
82. Bublitz, G.; King, B. A.; Boxer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9370.
83. Fonseca, T.; Ladanyi, B. M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 2116.
84. Kovalenko, S. A.; Schanz, R.; Hennig, H.; Ernsting, N. P. J. Chem. Phys. 2001, 115, 3256.
85. Nikowa, L.; Schwarzer, D.; Troe, J. Chem. Phys. Lett. 1995, 233, 303.
86. Groenhof, G.; Lensink, M. F.; Berendsen, H. J. C.; Mark, A. E. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2002, 48, 212.
87. Groenhof, G.; Lensink, M. F.; Berendsen, H. J. C.; Snijders, J. G.; Mark, A. E. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2002, 48, 202.
88. Toniolo, A.; Olsen, S.; Manohar, L.; Martínez, T. J. Faraday Discuss., in press.
89. Waldeck, D. H. Chem. Rev. 1991, 97, 415.
90. Ko, C.; Levine, B.; Toniolo, A.; Monohar, L.; Olsen, S.; Werner, H.-J.; Martínez, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2003. in press.
91. Hasson, K. C.; Gai. F.; Anfinrud, P. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 15124.
92. Humphrey, W.; Lu, H.; Logunov, I.; Werner, H. J.; Schulten, K. Biophys. J. 1998, 75, 1689.
93. Gai, F.; Hasson, K. C.; McDonald, J. C.; Anfinrud, P. A. Science 1998, 279, 1886.
94. Sanchez-Galvez, A.; Hunt, P.; Robb, M. A.; Olivucci, M.; Vreven, T.; Schlegel, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2911.
95. Ryan, W.; Gordon, D. J.; Levy, D. H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 724, 6194.
96. Voityuk, A. A.; Michel-Beyerle, M. E.; Rosch, N. Chem. Phys. Lett. 1998, 296, 269.
97. Toniolo, A.; Olsen, S.; Manohar, L.; Martínez, T. J. Ultrafast excited-state dynamics in the green fluorescent protein chromophore; Femtosecond V, Paris, 2003.
98. Groenhof, G.; Bouxin-Cademartory, M.; Hess. B.; de Visser, S.; Brendendsen, H.; Olivucci, M.; Mark, A. E.; Robb, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4228.