Complexes of DNA bases and Watson-Crick base pairs with small neutral gold clusters

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 109, Issue 48, 2005, Pages 22746-22757

  Kryachko, E S ^a,b   Remade, F ^a  

^a UNIVERSITY OF LIÈGE   (Belgium)

^b BOGOLYUBOV INSTITUTE FOR THEORETICAL PHYSICS   (Ukraine)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BONDING; GOLD; NITROGEN; OXYGEN;

DNA BASES; PROTON ACCEPTORS; PROTON AFFINITY;

DNA;

EID: 29444460977     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp054708h     Document Type: Article

References (99)

1. (a) Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Mucic, R. C.; Storhoff, J. J. Nature (London) 1996, 382, 607.
2. (b) Storhoff, J. J.; Elghanian, R.; Mucic, R. C.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1959.
3. (c) Demers, L. M.; Mirkin, C. A.; Mucic, R. C.; Reynolds, R. A.; Letsinger, R. L.; Elghanian, R.; Viswanadham, G. Anal. Chem. 2000, 72, 5535.
4. (d) Storhoff, J. J.; Lazarides, A. A.; Mucic, R. C.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Schatz, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4640.
5. (e) Storhoff, J. J.; Mucic, R. C.; Mirkin, C. A. J. Cluster Sci. 1997, 8, 179.
6. (f) Elghanian, R.; Storhoff, J. J.; Mucic, R. C.; Letsinger, R. L.; Mirkin, C. A. Science 1997, 277, 1078.
7. (g) Mucic, R. C.; Storhoff, J. J.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12674.
8. (h) Mitchell, G. P.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8122.
9. (a) Reynolds, R. A.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3795.
10. (b) Storhoff, J. J.; Lazarides, A. A.; Mucic, R. C.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Schatz, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4640.
11. (c) Taton, T. A.; Mucic, R. C.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6305.
12. (d) Storhoff, J. J.; Mirkin, C. A. Chem. Rev. 1999, 99, 1849.
13. (e) Lazarides, A. A.; Schatz, G. C. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 460.
14. (f) Lazarides, A. A.; Schatz, G. C. J. Chem. Phys. 2000, 112, 2987.
15. (g) Park, S.-J.; Lazarides, A. A.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 2909.
16. (h) Reynolds, R. A., III.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. Pure Appl. Chem. 2000, 72, 229.
17. Li, Z.; Jin, R.; Mirkin, C. A. Letsinger, R. L. Nucleic Acids Res. 2002, 30, 1558.
18. (a) Cao, Y. W. C.; Jin, R.; Mirkin, C. A. Science 2002, 297, 1536.
19. (b) Park, S.-J.; Taton, T. A.; Mirkin, C. A. Science 2002, 295, 1503.
20. (c) Jun, R. C.; Wu, G. S.; Li, Z.; Mirkin, C. A.; Schatz, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1643.
21. (d) Nam, J.-M.; Thaxton, C. S.; Mirkin, C. A. Science 2003, 301, 1884.
22. (e) Niemeyer, C. M.; Ceyhan, B.; Gao, S.; Chi, L.; Peschel, S.; Simon, U. Colloid Polym. Sci. 2001, 279, 68.
23. (f) Peschel, S.; Ceyhan, B.; Niemeyer, C. M.; Gao, S.; Chi, L.; Simon, U. Mater. Sci. Eng., C 2002, 19, 47.
24. (g) Niemeyer, C. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 4129.
25. (h) Niemeyer, C. M.; Burger, W.; Peplies, J. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 2265.
26. Tarlov, M. J.; Steel, A. B. In Biomolecular Films: Design, Function, and Applications; Rusling, J. F., Ed.; Marcel Dekker: New York, 2003; Vol. 111, pp 545-608.
27. (a) Parak, W. J.; Pellegrino, T.; Micheel, C. M.; Gerion, D.; Williams, S. C.; Alivisatos, A. P. Nano Lett. 2003, 3, 33.
28. (b) Alivisatos, A. P.; Johnsson, K. P.; Peng, X.; Wislon, T. E.; Loweth, C. J.; Bruchez, M. P., Jr.; Schultz, G. C. Nature (London) 1996, 382, 609.
29. (c) Pirrung, M. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 1277.
30. (d) Basir, R. Superlattices Microstruct. 2001, 29, 1.
31. (e) Hölzel, R.; Gajovic-Eichelmann, N.; Bier, F. F. Biosens. Bioelectron. 2003, 18, 555.
32. (f) Xiao, S.; Liu, F.; Rosen, A. E.; Hainfeld, J. F.; Seeman, N. C.; Musier-Forsyth, K.; Kiehl, R. A. J. Nanopart. Res. 2002, 4, 313.
33. (g) Harnack, O.; Ford, W. E.; Yasuda, A.; Wessels, J. M. Nano Lett. 2002, 2, 919.
34. (h) Daniel, M.-C.; Astruc, D. Chem. Rev. 2004, 104, 293
35. and references therein, (i) Seeman, N. C. Nature (London) 2003, 421, 427.
36. (j) Alivisatos, A. P. Nat. Biotechnol. 2004, 22, 47.
37. (k) Gourishankar, A.; Shukla, S.; Ganesh, K. N.; Sastry, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13186.
38. (a) Sato, K.; Hosokawa, K.; Maeda, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8102.
39. (b) Maeda, Y.; Tabata, H.; Kawai, T. Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1181.
40. (c) Yonezawa, T.; Onoue, S.-Y.; Kimizuka, N. Chem. Lett. 2002, 1172.
41. (d) Gearheart, L. A.; Ploehn, H. J.; Murphy, C. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12609.
42. (e) Petty, J. T.; Zheng, J.; Hud, N. V.; Dickson, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5207.
43. (f) Slocik, J. M.; Moore, J. T.; Wright, D. W. Nano Lett. 2002, 2, 169.
44. (g) Liu, D.; Park, S. H.; Reif, J. H.; LaBean, T. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 717.
45. (h) Yan, H.; Park, S. H.; Finkelstein, G.; Reif, J. H.; LaBean, T. H. Science 2003, 301, 1882.
46. (i) Wolf, L. K.; Gao, Y.; Georgiadis, R. M. Langmuir 2004, 20, 3357.
47. (j) Liu, Y.; Meyer-Zaika, W.; Franzka, S.; Schmid, G.; Tsoli, M.; Kuhn, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 2853.
48. Richter, J. Physica E 2003, 16, 157 and references therein.
49. (a) Park, S. Y.; Stroud, D. Phys. Rev. B 2003, 67, 212202.
50. (b) Park, S. Y.; Stroud, D. Physica B 2003, 338, 353.
51. (c) Park, S. Y.; Stroud, D. Phys. Rev. B 2003, 68, 224201.
52. (a) Porath, D.; Bezryadin, A.; de Vries, S.; Dekker: C. Nature (London) 2000, 403, 635.
53. (b) Fink, H.-W.; Schonenberger, C. Nature (London) 1999, 398, 407.
54. (c) Kasumov, A. Yu.; Kodak, M.; Guéron, S.; Reulet, B.; Volkov, V. T.; Klinov, D. V.; Bouchiat, H. Science 2001, 291, 280.
55. (d) Reichert, J.; Ochs, R.; Beckmann, D.; Weber, H. B.; Mayor, M.; von Löhneysen, H. Phys. Rev. Lett. 2001, 88, 176804.
56. (e) Xu, B.; Tao, N. J. Science 2003, 301, 122.
57. (f) Hais, W.; Nichols, R. J.; van Zalingen, H.; Higgins, S. J.; Bethell, D.; Schiffrin, D. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 4330.
58. (g) Piva, P. G.; DiLabio, G. A.; Pitters, J. L.; Zikovsky, J.; Rezeq, M.; Dogel, S.; Hofer, W. A.; Wolkow, R. A. Nature (London) 2005, 435, 658
59. (h) Dadosh, T.; Gordin, Y.; Krahne, R.; Khivrich, I.; Mahalu, D.; Frydman, V.; Sperling, J.; Yacobi, A.; Bar-Joseph, I. Nature (London) 2005, 436, 677.
60. Zhang, Y.; Austin, R. H.; Kraeft, J.; Cox, E. C.; Ong, N. P. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 198102.
61. (a) Demers, L. M.; Östblom, M.; Zhang, H.; Jang, N.-H.; Liedberg, B.; Mirkin, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11248.
62. (b) Storhoff, J. J.; Elghanian, R.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. Langmuir 2002, 18, 6666.
63. (c) Kimura-Suda, H.; Petrovykh, D. Y.; Tarlov, M. J.; Whitman, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9014.
64. (d) Petrovykh, D. Y.; Kimura-Suda, H.; Whitman, L. J.; Tarlov, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5219.
65. (e) Chen, Q.; Frankel, D. J.; Richardson, N. V. Langmuir 2002, 18, 3219.
66. (f) Giese, B.; McNaughton, D. J. Phys. Chem. B 2002, 125, 1112.
67. (g) Rapino, S.; Zerbetto, F. Langmuir 2005, 21, 2512.
68. (h) Otero, R.; Schöck, M.; Molina, L. M.; Lægsgaard, E.; Stensgaard, I.; Hammer, B.; Besenbacher, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2270.
69. Östblom, M.; Liedberg, B.; Demers, L. M.; Mirkin, C. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15150.
70. Kryachko, E. S.; Remacle, F. Nano Lett. 2005, 5, 735.
71. (a) Kryachko, E. S.; Remacle, F. In Theoretical Aspects of Chemical Reactivity; Toro Labbe, A., Ed.; Vol. 16 of Theoretical and Computational Chemistry; Politzer, P., Ed.; Elsevier: Amsterdam, 2005.
72. (b) Kryachko, E. S.; Remacle, F. Chem. Phys. Lett. 2005, 404, 142.
73. (c) Kryachko, E. S.; Karpfen, A.; Remacle, F. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 7309.
74. Wells, D. H., Jr.; Delgass, W. N.; Thomson, K. T. J. Catal 2004, 225, 69 and references therein.
75. Liu, Z.-P.; Jenkins, S. J.; King, D. A. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 196102.
76. (a) Lemire, C.; Meyer, R.; Shaikhutdinov, S.; Freund, H.-J. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 118.
77. (b) Lopez, N.; Janssens, T. V. W.; Clausen, B. S.; Xu, Y.; Mavrikakis, M.; Bligaard, T.; Nørskov, J. K. J. Catal. 2004, 223, 232.
78. (c) Lopez, N.; Nørskov, J. K.; Janssens, T. V. W.; Carlsson, A.; Puig-Molina, A.; Clausen, B. S.; Grunwaldt, J.-D. J. Catal. 2004, 225, 86.
79. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, Jr., J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; and Pople, J. A. GAUSSIAN 03, revision A.1; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
80. Ross, R. B.; Powers, J. M.; Atashroo, T.; Ermler, W. C.; LaJohn, L. A.; Christiansen, P. A. J. Chem. Phys. 1990, 93, 6654.
81. (a) Remacle, F.; Kryachko, E. S. J. Mol. Struct. 2004, 708, 165.
82. (b) Remacle, F.; Kryachko, E. S. Adv. Quantum Chem. 2004, 47, 421.
83. (c) Remacle, F.; Kryachko, E. S. J. Chem. Phys. 2005, 122, 044304.
84. 4 atom of C are very weak. The strengths of the electric fields at the atoms of the nucleobase definitely identify those gold-anchoring sites where the strong electrostatic energy contribution to the total binding energy has to be expected.
85. zz)/3.
86. 21c
87. (b) Bilic̀, A.; Reimers, J. R.; Hush, N. S.; Hafner, J. J. Chem. Phys. 2002, 116, 8981.
88. (c) Gollisch, H. J. Phys. B 1984, 17, 1463.
89. (a) Chandra, A. K.; Nguyen, M. T.; Uchimaru, T.; Zeegers-Huyskens, T. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 8853.
90. (b) Kryachko, E. S.; Nguyen, M. T.; Zeegers-Huyskens, T. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1288, 1934.
91. Close, D. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 864 and references therein.
92. Chrétien, S.; Gordon, M. S.; Metiu, H. J. Chem. Phys. 2004, 121, 3756.
93. Jeffrey, G. A.; Saenger, W. Hydrogen Bonding in Biological Structures; Springer: Berlin, 1991.
94. 2(T), see Desiraju, G. R.; Steiner, T. The Weak Hydrogen Bond in Structural Chemistry and Biology; Oxford University Press: Oxford, 1999, and also ref 27a.
95. (a) Kryachko, E. S.; Sabin, J. R. Int. J. Quantum Chem. 2003, 91, 695.
96. (b) Kryachko, E. S. in Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute Volume to the Memory of Per-Olov Löwdin; Brändas, E. J., Kryachko, E. S., Eds.; Kluwer: Dordrecht, 2003; Vol. 2, pp 583-629.
97. Kryachko, E. S.; Volkov, S. N. Int. J. Quantum Chem. 2001, 82, 193.
98. 9)]·]C.
99. Yanson, I.; Teplitsky, A.; Sukhodub, L. Biopolymers 1979, 18, 1149. See also ref 27b and references therein.