Dependence of photosynthetic electron-transfer kinetics on temperature and energy in a density-matrix model

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 108, Issue 29, 2004, Pages 10474-10483

  Parson, William W ^a   Warshel, Arieh ^b  

^a UNIVERSITY OF WASHINGTON SCHOOL OF MEDICINE   (United States)

^b UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRON-TRANSFER KINETICS; ELECTRONIC COUPLING; QUANTUM REORGANIZATION; VIBRATIONAL FREQUENCY;

BACTERIA; CRYOGENICS; DIMERS; ELECTRON TRANSITIONS; MOLECULAR VIBRATIONS; PHOTOSYNTHESIS;

CHLOROPHYLL;

EID: 3442887075     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0495904     Document Type: Article

References (123)

1. Woodbury, N. W.; Becker, M.; Middendorf, D.; Parson, W. W. Biochemistry 1985, 24, 7516.
2. Fleming, G. R.; Martin, J.-L.; Breton, J. Nature 1988, 333, 190.
3. Breton, J.; Martin, J.-L.; Fleming, G. R.; Lambry, J.-C. Biochemistry 1988, 27, 8276.
4. Haffa, A. L. M.; Lin, S.; Katilius, E.; Williams, J. C.; Taguchi, A. K. W.; Allen, J. P.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7376.
5. Nagarajan, V.; Parson, W. W.; Davis, D.; Schenck, C. C. Biochemistry 1993, 32, 12324.
6. Jia, Y.; DiMagno, T. J.; Chan, C.-K.; Wang, Z.; Du, M.; Hanson, D. K.; Schiffer, M.; Norris, J. R.; Fleming, G. R.; Popov, M. S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13180.
7. Lauterwasser, C.; Finkele, U.; Scheer. H.; Zinth, W. Chem. Phys. Lett. 1991, 783, 471.
8. Huppman, P.; Arlt, T.; Penzkofer, H.; Schmidt, S.; Bibikova, M.; Dohse, B.; Oesterhelt, D.; Wachtveit, J.; Zinth, W. Biophys. J. 2002, 82, 3186.
9. Schenek, C. C.; Parson, W. W.; Holten, D.; Windsor, M. W.; Sarai, A. Biophys. J. 1981, 36, 479.
10. Kirmaier, C.; Holten, D.; Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1985, 810, 33.
11. Gunner, M. R.; Dutton, P. L. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 3400.
12. Kirmaier, C.; Holten, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 3552.
13. Laporte, L.; Kirmaier, C.; Schenek, C. C.; Holten, D. Chem. Phys. 1995, 197, 225.
14. Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1967, 131, 154.
15. McElroy, J. D.; Feher, G.; Mauzerall, D. Biochim. Biophys. Acta 1969, 172, 180.
16. Woodbury, N. W.; Parson, W. W.; Gunner, M. R.; Prince, R. C.; Dutton, P. L. Biochim. Biophys. Acta 1986, 851, 6.
17. Gunner, M. R.; Robertson, D. E.; Dutton, P. L. J. Phys. Chem. 1986, 90, 3783.
18. Parot, P.; Thiery, J.; Verméglio, A. Biochim. Biophys. Acta 1987, 893, 294.
19. McMahon, B. H.; Muller, J. D.; Wraight, C. A.; Nienhaus, G. U. Biophys. J. 1998, 74, 2567.
20. DeVault, D.; Chance, B. Biophys. J. 1966, 6, 825.
21. DeVault, D.; Parkes, J. H.; Chance, B. Nature 1967, 215, 642.
22. Kleinfeld, D.; Okamura, M. Y.; Feher, G. Biochemistry 1984, 23, 5780.
23. Ortega, J. M.; Dohse, B.; Oesterhelt, D.; Mathis, P. FEBS Lett. 1997, 401, 153.
24. Xu, Q.; Gunner, M. R. Biochemistry 2001, 40, 3232.
25. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1956, 24, 966.
26. Marcus, R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1964, 15, 155.
27. Warshel, A.; Chu, Z. T.; Parson, W. W. Science 1989, 246, 112.
28. Hopfield, J. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1974, 71, 3640.
29. Kestner, N. R.; Logan, J.; Jortner, J. J. Phys. Chem. 1974, 78, 2148.
30. Rips, I.; Jortner, J. J. Chem. Phys. 1988, 88, 818.
31. Bixon, M.; Jortner, J. Chem. Phys. Lett. 1989, 159, 17.
32. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. 1991, 95, 1941.
33. Bixon, M.; Jortner, J. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 35.
34. Bixon, M.; Jortner, J.; Michel-Beyerle, M. E. Chem. Phys. Lett. 1995, 197, 389.
35. Sarai, A. Chem. Phys. Lett. 1979, 63, 360.
36. Xu, D.; Schulten, K. Chem. Phys. 1994, 182, 91.
37. Warshel, A.; Parson, W. W. Q. Rev. Biophys. 2001, 34, 563.
38. Lax, M. J. Chem. Phys. 1952, 20, 1753.
39. Kubo, R.; Toyozawa, Y. Prog. Theor. Phys. 1955, 13, 160.
40. Levich, V. G. Adv. Electrochem. Electrochem. Eng. 1966, 4, 249.
41. Englman, R.; Jortner, J. Mol. Phys. 1970, 18, 145.
42. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. 1986, 90, 3795.
43. Efrima, S.; Bixon, M. Chem. Phys. 1976, 13, 447.
44. Jortner, J.; Bixon, M. J. Chem. Phys. 1988, 88, 167.
45. Warshel, A.; Hwang, J.-K. J. Chem. Phys. 1986, 84, 4938.
46. Hwang, J.-K.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 715.
47. Hwang, J.-K.; Creighton, S.; King, G.; Whitney, D.; Warshel, A. J. Chem. Phys. 1988, 89, 859.
48. Warshel, A.; Parson, W. W. Anu. Rev. Phys. Chem. 1991, 42, 279.
49. Garg, A.; Onuchic, J. N.; Ambegaokar, B. J. Chem. Phys. 1985, 83, 4491.
50. Leggett, A. J.; Chakravarty, S.; Dorsey, A. T.; Fisher, M. P. A.; Garg, A.; Zwerger, W. Rev. Mod. Phys. 1987, 59, 1.
51. Bader, J. S.; Kuharski, R. A.; Chandler, D. J. Chem. Phys. 1990, 93, 230.
52. Schulten, K.; Tesch, M. Chem. Phys. 1991, 158, 421.
53. Woodbury, N. W. T.; Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1984, 767, 345.
54. Woodbury, N. W.; Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1986, 850, 197.
55. Peloquin, J. M.; Williams, J. C; Lin, X.; Alden, R. G.; Taguchi, A. K. W.; Allen, J. P.; Woodbury, N. W. Biochemistry 1994, 33, 8089.
56. Woodbury, N. W.; Peloquin, J. M.; Alden, R. G.; Lin, X.; Taguchi, A. K. W.; Williams, J. C.; Allen, J. P. Biochemistry 1994, 33, 8101.
57. Hartwich, G.; Lossau, H.; Michel-Beyerle, M. E.; Ogrodnik, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3815.
58. Ogrodnik, A.; Hartwich, G.; Lossau, H.; Michel-Beyerle, M. E. Chem. Phys. 1999, 244, 461.
59. Goushcha, A. O.; Holzwarth, A. R.; Kharkyanen, V. N. Phys. Rev. E 1999, 59, 3444.
60. Vos, M. H.; Lambry, J. C.; Robles, S. J.; Youvan, D. C.; Breton, J.; Martin, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.SA. 1991, 88, 8885.
61. Vos, M. H.; Lambry, J. C.; Robles, S. J.; Youvan, D. C.; Breton, J.; Martin, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 613.
62. Vos, M. H.; Rappaport, F.; Lambry, J.-H.; Breton, J.; Martin, J.-L. Nature 1993, 363, 320.
63. Vos, M. H.; Jones, M. R.; Hunter, C. N.; Breton, J.; Martin, J.-L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 12701.
64. Vos, M. H.; Jones, M. R.; Hunter, C. N.; Breton, J.; Lambry, J.C.; Martin, J.-L. Biochemistry 1994, 33, 6750.
65. Vos, M. H.; Jones, M. R.; Breton, J.; Lambry, J. C.; Martin, J.-L. Biochemistry 1996, 35, 2687.
66. Vos, M. H.; Rischel, C.; Jones, M. R.; Martin, J.-L. Biochemistry 2000, 39, 8353.
67. Spörlein, S.; Zinth, W.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7492.
68. Streltsov, A. M.; Aartsma, T. J.; Hoff, A. J.; Shuvalov, V. A. Chem. Phys. Lett. 1997, 266, 347.
69. Streltsov, A. M.; Vulto, S. I. E.; Shkuropatov, A. Y.; Hoff, A. J.; Aartsma, T. J.; Shuvalov, V. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7293.
70. Yakovlev, A. G.; Shkuropatov, A. C.; Shuvalov, A. V. FEBS Lett. 2000, 466, 209.
71. Yakovlev, A. G.; Shuvalov, V. A. J. Chin. Chem. Soc. 2000, 47, 1.
72. Yakovlev, A. G.; Shkuropatov, A. Y.; Shuvalov, V. A. Biochemistry 2002, 41, 2667.
73. Shuvalov, V. A.; Yakovlev, A. G. FEBS Lett. 2003, 540, 26.
74. Lin, S.; Taguchi, A. K. W.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17067.
75. Kitzing, E.; Kühn, H. J. Phys. Chem. 1990, 94, 1699.
76. Parson, W. W.; Warshel, A. Chem. Phys. 2004, 296, 201.
77. Shreve, A. P.; Cherepy, N. J.; Franzen, S.; Boxer, S. G.; Mathies, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 11207.
78. Cherepy, N. J.; Shreve, A. P.; Moore, L. J.; Franzen, S.; Boxer, S. G.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 6023.
79. Czarnecki, K.; Chynwat, V.; Erickson, J. P.; Frank, H. A.; Bocian, D. F. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 415.
80. Czarnecki, K.; Kirmaier, C.; Holten, D.; Bocian, D. F. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2235.
81. Czarnecki, K.; Cua, A.; Kirmaier, C.; Holten, D.; Bocian, D. F. Biospectroscopy 1999, 5, 346.
82. Parson, W. W.; Chu, Z. T.; Warshel, A. Photosynth. Res. 1997, 55, 147.
83. Parson, W. W.; Chu, Z. T.; Warshel, A. Biophys. J. 1998, 74, 182.
84. Ceccarelli, M.; Marchi, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1423.
85. Ceccarelli, M.; Marchi, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5630.
86. Manneback, C. Physica 1951, 17, 1001.
87. Jean, J. M.; Friesner, R. A.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5827.
88. Ando, K.; Sumi, H. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10991.
89. Ivashin, N.; Källenbring, B.; Larsson, S.; Hansson, Ö. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5017.
90. Zhang, L. Y.; Friesner, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 13603.
91. Kolbasov, D.; Scherz, A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1802.
92. Spears, K. G. J. Phys. Chem. 1994, 98, 9693.
93. Spears, K. G. J. Phys. Chem. 1995, 99, 2469.
94. Brailsford, A. D.; Chang, T. Y. J. Chem. Phys. 1970, 53, 3108.
95. Hoff, A. J.; Deisenhofer, J. Phys. Rep. 1997, 287, 1.
96. Zusman, L. D.; Beratan, D. N. Spectrochim. Acta, Part A 1998, 54A, 1211.
97. Allen, J. P.; Williams, J. C. J. Bioenerg. Biomembr. 1995, 27, 275.
98. Nagarajan, V.; Parson, W. W.; Gaul, D.; Schenck, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 7888.
99. Finkele, U.; Lauterwasser, C.; Zinth, W.; Gray, K. A.; Oesterhelt, D. Biochemistry 1990, 29, 8517.
100. Schmidt, S.; Arlt, T.; Hamm, P.; Huber, H.; Naegele, T.; Wachtveitl, J.; Meyer, M.; Scheer, H.; Zinth, W. Chem. Phys. Lett. 1994, 223, 116.
101. Arlt, T.; Bibikova, M.; Penzkofer, H.; Oesterhelt, D.; Zinth, W. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12060.
102. Heller, B. A.; Holten, D.; Kirmaier, C. Biochemistry 1996, 35, 15418.
103. Kirmaier, C.; He, C.; Holten, D. Biochemistry 2001, 40, 12132.
104. Chan, C. K.; Chen, L. X. Q.; Dimagno, T. J.; Hanson, D. K.; Nance, S. L. ; Schiffer, M.; Norris, J. R.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 1991, 176, 366.
105. Johnson, E. T.; Nagarajan, V.; Zazubovich, V.; Riley, K.; Small, G. J.; Parson, W. W. Biochemistry 2003, 42, 13673.
106. Small, G. J. Chem. Phys. 1995, 197, 239.
107. Chang, C. H.; Jankowiak, R.; Reddy, N. R. S.; Small, G. J. Chem. Phys. 1995, 197, 307.
108. Wu, H.-M.; Rätsep, M.; Jankowiak, R.; Cogdell, R. J.; Small, G. J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4023.
109. Chang, C. H.; Hayashi, M.; Liang, K. K.; Chang, R.; Lin, S. H. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1216.
110. Müh, F.; Rautter, J.; Lubitz, W. Biochemistry 1997, 36, 4155.
111. Eastman, J. E.; Taguchi, A. K.; Lin, S.; Jackson, J. A.; Woodbury, N. W. Biochemistry 2000, 39, 14787.
112. Lous, E. J.; Hoff, A. J. Photosynth. Res. 1986, 9, 89.
113. Parson, W. W.; Chu, Z. T.; Warshel, A. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1077, 251.
114. Alden, R. G.; Parson, W. W.; Chu, Z. T.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 12284.
115. Heller, B. A.; Holten, D.; Kirmaier, C. Science 1995, 269, 940.
116. Kirmaier, C; Weems, D.; Holten, D. Biochemistry 1999, 38, 11516.
117. Kirmaier, C.; Laible, P. D.; Czarnecki, K.; Hata, A. N.; Hanson, D. K.; Bocian, D. F.; Holten, D. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 1799.
118. Kirmaier, C.; Cua, A.; He, C. Y.; Holten, D.; Bocian, D. F. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 495.
119. Kirmaier, C.; Laible, P. D.; Hanson, D. K.; Holten, D. Biochemistry 2003, 42, 2016.
120. Katilius, E.; Turanchik, T.; Lin, S.; Taguchi, A. K. W.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7386.
121. Lin, S.; Jackson, J. A.; Taguchi, A. K. W.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4757.
122. Katilius, E.; Katiliene, Z.; Lin, S.; Taguchi, A. K. W.; Woodbury, N. W. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 12344.
123. Lin, S.; Katilius, E.; Haffa, A. L. M.; Taguchi, A. K. W.; Woodbury, N. W. Biochemistry 2001, 40, 13767.