Static and dynamic aspects of DNA charge transfer: A theoretical perspective

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 7, Issue 24, 2005, Pages 4039-4050

  Cramer, Tobias ^a   Steinbrecher, Thomas ^a   Labahn, Andreas ^a   Koslowski, Thorsten ^a  

^a UNIVERSITY OF FREIBURG   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DNA; GUANINE;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMISTRY; ELECTRICITY; KINETICS; MOLECULAR GENETICS; NUCLEOTIDE SEQUENCE; OXIDATION REDUCTION REACTION;

BASE SEQUENCE; DNA; ELECTROSTATICS; GUANINE; KINETICS; MODELS, CHEMICAL; MOLECULAR SEQUENCE DATA; OXIDATION-REDUCTION;

EID: 29944444030     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/b507454a     Document Type: Article

References (119)

1. Long-Range Charge Transfer in DNA, ed. G. B. Schuster, Springer, 2004.
2. R. G. Endres, D. L. Cox and R. R. P. Singh, Rev. Mod. Phys., 2004, 76, 195.
3. S. Delaney and J. K. Barton, J. Org. Chem., 2003, 68, 6475.
4. US Pat., 113907, 2003.
5. A. Aviram and M. A. Ratner, Chem. Phys. Lett., 1974, 29, 277.
6. M. Di Ventra and M. Zwolak, in DNA Electronics, ed. H. S. Nalwa, American Scientific Publishers, Stevenson Ranch, CA, 2004.
7. C. Joachim, J. K. Gimzewski and A. Aviram, Nature, 2000, 408, 541.
8. A. H. Flood, J. F. Stoddart, D. W. Steuerman and J. R. Heath, Science, 2004, 306, 2055.
9. R. L. Carroll and C. B. Gorman, Angew. Chem., Int. Ed., 2002, 41, 4378.
10. E. Braun, Y. Eichen, U. Sivan and B.-Y. G., Nature, 1998, 391, 775.
11. H. W. Fink and C. Schönenberger, Nature, 1999, 398, 407.
12. D. Porath, A. Bezryadin, S. de Vries and C. Dekker, Nature, 2000, 403, 1453.
13. P. J. de Pablo, F. Moreno-Herrero, J. Colchero, J. Gomez Herrero, P. Herrero, A. M. Baró, P. Ordejón, J. M. Soler and E. Artacho, Phys. Rev. Lett., 2000, 85, 4992.
14. A. J. Storm, J. van Noort, S. de Vries and C. Dekker, Appl. Phys. Lett., 2001, 79, 3881.
15. A. Y. Kasumov, M. Kodak, S. Guéron, B. Reulet, V. T. Volkov, D. V. Klinov and H. Bouchiat, Science, 2001, 291, 280.
16. Y. Zhang, R. H. Austin, J. Kraeft, E. C. Cox and N. P. Ong, Phys. Rev. Lett., 2002, 89, 198102.
17. T. Shigematsu, K. Shimotani, C. Manabe, H. Watanabe and M. Shimizu, J. Chem. Phys., 2003, 118, 4245.
18. D. Porath, G. Cuniberti and R. Di Felice, Top Curr. Chem., 2004, 237, 183.
19. M. A. O'Neill and J. K. Barton, Top Curr. Chem., 2004, 236, 67.
20. G. B. Schuster and U. Landman, Top Curr. Chem., 2004, 236, 139.
21. B. Giese, Top Curr. Chem., 2004, 236, 27.
22. K. Nakatani and I. Saito, Top Curr. Chem., 2004, 236, 163.
23. I. Saito, M. Takayama, H. Sugiyama and K. Nakatani, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 6406.
24. E. D. A. Stemp, M. R. Arkin and J. K. Barton, J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 2921.
25. K. L. Nguyen, M. Steryo, K. Kurbanyan, K. M. Nowitzki, S. M. Butterfield, S. R. Ward and E. D. A. Stemp, J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 3585.
26. K. Kawai and T. Majima, Top Curr. Chem., 2004, 236, 117.
27. B. Giese and M. Spichty, Chem. Phys. Chem., 2000, 1, 195.
28. S. Delaney, J. Yoo, E.D. A. Stemp and J. K. Barton, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2004, 101, 10511.
29. M. Bixon, B. Giese, S. Wessely, T. Langenbacher, M. E. Michel-Beyerle and J. Jortner, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1999, 96, 11713.
30. M. Bixon and J. Jortner, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 3906.
31. M. Roginskaya, W. A. Bernhard and Y. Razskazovskiy, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 2432.
32. O. F. A. Larsen, I. H. M. van Stokkum, F. L. de Weerd, M. Vengris, C. T. Aravindakumar, R. van Grondelle, N. E. Geacintov and H. van Amerongen, Phys. Chem. Chem. Phys., 2004, 6, 154.
33. F. D. Lewis and M. R. Wasielewski, Top Curr. Chem., 2004, 236, 45.
34. T. Takada, K. Kawai, M. Fujitsuka and T. Majima, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2004, 101, 14002.
35. Y. A. Berlin, I. V. Kurnikov, D. Beratan, M. A. Ratner and A. L. Burin, Top Curr. Chem., 2004, 237, 1.
36. J. Jortner, M. Bixon, T. Langenbacher and M. E. Michel-Beyerle, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1998, 95, 12759.
37. Y. A. Berlin, A. L. Burin and M. A. Ratner, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 260.
38. F. C. Grozema, Y. A. Berlin and L. D. A. Siebbeles, J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 10903.
39. B. Giese, J. Amaudrut, A.-K. Köhler, M. Spormann and S. Wessely, Nature, 2001, 412, 318.
40. J. Matulewski, S. D. Baranovskii and P. Thomas, Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 1514.
41. E. Conwell, Top Curr. Chem., 2004, 237, 73.
42. R. Bruinsma, G. Grüner, M. R. D'Orsogna and J. Rudnick, Phys. Rev. Lett., 2000, 85, 4393.
43. H. Zhang, X.-Q. Li, H. P., Y. Y. Xiang and Y. Yan, J. Chem. Phys., 2002, 117, 4578.
44. T. Renger and R. A. Marcus, J. Phys. Chem. A, 2003, 107, 8404.
45. Y. Zhu, C.-C. Kaun and H. Guo, Phys. Rev. B: Condens. Matter, 2004, 69, 245112.
46. M. Zwolak and M. Di Ventra, Nano Lett., 2005, 5, 421.
47. G. P. Tribertis, C. Simserides and V. C. Karavolas, J. Phys.: Condens. Matter, 2005, 17, 2681.
48. G. Brunaud, F. Castet, A. Fritsch and L. Ducasse, Phys. Chem. Chem. Phys., 2003, 5, 2104.
49. W. P. Su, J. R. Schrieffer and A. Heeger, Phys. Rev. Lett., 1979, 41, 1698.
50. W. P. Su, J. R. Schrieffer and A. J. Heeger, Phys. Rev. B, 1980, 22, 2099.
51. M. Rateitzak and T. Koslowski, Chem. Phys. Lett., 2003, 377, 455.
52. R. Micnas, J. Ranninger and S. Robaszkiewicz, Rev. Mod. Phys., 1990, 62, 113.
53. F. Mancini, M. Marinaro and H. Matsumoto, Int. J. Mod. Phys. B, 1996, 10, 1017.
54. A. Georges, G. Kotliar, W. Krauth and M. J. Rozenberg, Rev. Mod. Phys., 1996, 68, 13.
55. S.-Q. Shen, Int. J. Mod. Phys. B, 1998, 12, 709.
56. T. Koslowski, Z. Phys. Chem. (Munich), 2000, 215, 1625.
57. T. Koslowski, J. Chem. Phys., 2000, 113, 10703.
58. J. Olofsson and S. Larsson, J. Phys. Chem. B, 2001, 105, 10398.
59. N. Utz and T. Koslowski, Chem. Phys., 2002, 282, 389.
60. R. A. Marcus, J. Chem. Phys., 1956, 24, 966.
61. N. Rösch and A. A. Voityuk, Top Curr. Chem., 2004, 237, 37.
62. R. A. Marcus, Ann. Rev. Rhys. Chem., 1964, 15, 155.
63. H. A. Wagenknecht, S. R. Rajski, M. Pascaly, E. D. A. Stemp and J. K. Barton, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 4400.
64. T. Cramer, A. Volta, A. Blumen and T. Koslowski, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 16586.
65. G. B. Schuster and N. W. Schlientz, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 15732.
66. E. W. Castner, D. Kennedy and R. J. Cave, J. Phys. Chem. A, 2000, 104, 2869.
67. I. A. Balabin and J. N. Onuchic, Science, 2000, 290, 114.
68. T. Cramer, S. Krapf and T. Koslowski, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 11812.
69. T. Cramer, S. Krapf and T. Koslowski, Phys. Chem. Chem. Phys., 2004, 6, 3160.
70. A. A. Voityuk, K. Siriwong and N. Rösch, Phys. Chem. Chem. Phys., 2001, 3, 5421.
71. I. V. Kurnikov, G. S. M. Tong, M. Madrid and D. N. Beratan, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 7.
72. A. Troisi and G. Orlandi, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 2093.
73. A. A. Voityuk, K. Siriwong and N. Rösch, Angew. Chem., 2004, 116, 634.
74. T. Shimazaki, Y. Asai and K. Yamashita, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 1295.
75. T. M. Nordlund, S. Andersson, L. Nilsson, R. Rigler, A. Gräslund and L. W. McLaughlin, Biochemistry, 1989, 28, 9095.
76. E. Giudice and R. Lavery, Acc. Chem. Res., 2002, 35, 350.
77. E. B. Brauns, C. J. Murphy and M. A. Berg, J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 2449.
78. Z. Liang, J. H. Freed, R. S. Keyes and A. M. Bobst, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 5372.
79. S. Swaminathan, G. Ravishanker and D. L. Beveridge, J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 5027.
80. A. Stassinopoulos, J. Ji, X. Gao and I. H. Goldberg, Science, 1996, 272, 1943.
81. U. Dornberger, A. Hillisch, F. A. Gollmick, H. Fritzsche and S. Diekmann, Biochemistry, 1999, 38, 12860.
82. F. A. Gollmick, M. Lorenz, U. Dornberger, J. v. Langen, S. Diekmann and H. Fritzsche, Nucleic Acids Res., 2002, 30, 2669.
83. H. Hellmann, Einführung in die Quantenchemie, Deuticke, Leipzig-Wien, 1937.
84. R. P. Feynman, Phys. Rev., 1939, 56, 340.
85. F. Palmero, J. F. R. Archilla, D. Hennig and F. R. Romero, New J. Phys., 2004, 6, 1.
86. J.-H. Park, H.-Y. Choi and E. M. Conwell, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 19483.
87. T. Koslowski, Phys. Chem. Chem. Phys., 2003, 5, 2197.
88. J. C. Slater and G. F. Koster, Phys. Rev., 1954, 94, 1498.
89. M. Gröppel, W. Roth and T. Clark, Adv. Mater., 1995, 7, 927.
90. G. Rauhut and T. Clark, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 9127.
91. J. S. Bader and D. Chandler, Chem. Phys. Lett., 1989, 157, 501.
92. J. S. Bader, R. A. Kuharski and D. Chandler, J. Chem. Phys., 1990, 93, 230.
93. J.-K. Hwang and A. Warshel, J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 715.
94. R. A. Kuharski, J. S. Bader, D. Chandler, M. Sprik, M. L. Klein and R. W. Impey, J. Chem. Phys., 1988, 89, 3248.
95. T. Koslowski, A. Jurjiu and A. Blumen, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 3283.
96. D. A. Case, D. A. Darden, T. E. I. Cheatham, C. L. Simmerling, J. Wang, R. E. Duke, R. Luo, K. M. Merz, B. Wang, D. A. Pearlman, M. Crowley, S. Brozell, V. Tsui, H. Gohlki, J. Mongan, V. Hornak, G. Cui, P. Beroza, C. Schafmeister, J. W. Caldwell, W. S. Ross and P. A. Kollman, AMBER 8, University of California, San Francisco, 2004.
97. W. D. Cornell, P. Cieplak, J. I. Bayly, I. R. Gould, K. M. Merz, D. M. Ferguson, D. C. Spellmeyer, T. Fox, J. W. Caldwell and P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 5179.
98. W. L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J. Madura and M. L. Klein, J. Chem. Phys., 1983, 79, 926.
99. T. Macke and D. A. Case, in Modeling unusual nucleic acid structures, ed. J. SantaLucia, American Chemical Society, Washington, DC, 1998.
100. H. Berendsen, J. Postma, W. v. Gunsteren, A. DiNola and J. R. Haak, J. Chem. Phys., 1984, 81, 3684.
101. J. P. Ryckaert, G. Cicotti and H. Berendsen, J. Comput. Phys., 1977, 23, 327.
102. A. Troisi, M. A. Ratner and M. B. Zimmt, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 2215.
103. S. S. Skourtis, I. A. Balabin, T. Kawatsu and D. N. Beratan, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2005, 102, 3552.
104. W. D. Davis, M. A. Ratner and M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 7877.
105. Y. A. Berlin, A. L. Burin, L. D. A. Siebbeles and M. A. Ratner, J. Phys. Chem. A, 2001, 105, 5666.
106. A. Troisi, A. Nitzan and M. A. Ratner, J. Chem.Phys., 2003, 119, 5782.
107. S. Fukuzumi, M. Nishimine, K. Ohkubo, N. V. Tkachenko and H. Lemmetyinen, J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 12511.
108. F. D. Lewis, L. Jianqin, X. Zuo, R. T. Hayes and M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc., 2002, 125, 4850.
109. C. Wan, T. Fiebig, O. Schiemann, J. K. Barton and A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2000, 97, 14052.
110. M. A. O'Neill and J. K. Barton, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2002, 99, 16543.
111. T. Takada, K. Kawai, X. Cai, A. Sugimoto, M. Fujitsuka and T. Majima, J. Am. Chem. Soc., 2003, 126, 1125.
112. C.-S. Liu, R. Hernandez and G. B. Schuster, J. Am. Chem. Soc., 2003, 126, 2877.
113. E. B. Starikov, Phil. Mag., 2005, in press.
114. W. K. Olson, M. Bansal, S. K. Burley, R. E. Dickerson, M. Gerstein, S. C. Harvey, U. Heinemann, X.-J. Lu, S. Neidle, Z. Shakked, H. Sklenar, M. Suzuki, C.-S. Tung, E. Westhof, C. Wolberger and H. M. Berman, J. Mol. Biol., 2001, 313, 229.
115. H. M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T. N. Bhat, H. Weissig, I. N. Shindyalov and P. E. Bourne, Nucleic Acids Res., 2000, 28, 235.
116. M. A. O'Neill, H. C. Becker, C. Wan, J. K. Barton and A. H. Zewail, Angew. Chem., 2003, 115, 6076.
117. T. E. Cheatham, III and P. A. Kollmann, Annu. Rev. Phys. Chem., 2000, 51, 435.
118. H. Gao, Y. Kong, D. Cui and C. S. Oskan, Nano Lett., 2003, 3, 471.
119. M. Hazani, F. Hennrich, M. Kappes, R. Naaman, D. Peled, V. Sidorov and D. Shvarts, Chem. Phys. Lett., 2004, 391, 389.