Ultrafast time-resolved carotenoid to-bacteriochlorophyll energy transfer in LH2 complexes from photosynthetic bacteria

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 112, Issue 34, 2008, Pages 10689-10703

  Cong, Hong ^a   Niedzwiedzki, Dariusz M ^a   Gibson, George N ^a   LaFountain, Amy M ^a   Kelsh, Rhiannon M ^a   Gardiner, Alastair T ^b   Cogdell, Richard J ^b   Frank, Harry A ^a  

^a UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

^b UNIVERSITY OF GLASGOW   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION; BACTERIOLOGY; CHLORINE COMPOUNDS; ENERGY EFFICIENCY; ENERGY STORAGE; ENERGY TRANSFER; INFRARED DEVICES; INFRARED SPECTROSCOPY; ORGANIC POLYMERS;

BACTERIOCHLOROPHYLL; CARBON-CARBON DOUBLE BONDS; FLUORESCENCE EXCITATION; LH2 COMPLEXES; NEAR INFRA-RED REGION; NEUROSPORENE; OPTICAL SPECTROSCOPIC; PHOTOSYNTHETIC BACTERIA; PIGMENT-PROTEIN COMPLEXES; SPHAEROIDES; SPHEROIDENONE; STEADY-STATE ABSORPTION; TIME-RESOLVED; TOTAL EFFICIENCY; TRANSIENT ABSORPTION SPECTRA; ULTRA-FAST;

BACTERIA;

EID: 51849167823     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp711946w     Document Type: Article

References (84)

1. Angerhofer, A.; Bornhauser, F.; Gall, A.; Cogdell, R. J. Chem. Phys. 1995, 194, 259.
2. Frank, H. A.; Cogdell, R. J. Photochem. Photobiol. 1996, 63, 257.
3. Akahane, J.; Rondonuwu, F. S.; Fiedor, L.; Watanabe, Y.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 184.
4. Cogdell, R. J. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 723.
5. McDermott, G.; Prince, S. M.; Freer, A. A.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Papiz, M. Z.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. Nature (London) 1995, 374, 517.
6. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Herek, J. L.; He, Z.; Pascher, T.; Pullerits, T.; Cogdell, R. J.; Frank, H. A.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 11016.
7. Papagiannakis, E.; Das, S. K.; Gall, A.; Stokkum, I. H. M.; Robert, B.; van Grondelle, R.; Frank, H. A.; Kennis, J. T. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5642.
8. Polívka, T.; Pullerits, T.; Frank, H. A.; Cogdell, R. J.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15398.
9. Polívka, T.; Sundström, V. Chem. Rev. 2004, 104, 2021.
10. Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H.; Vengris, M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R.; Larsen, D. S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 5727.
11. Polli, D.; Cerullo, G.; Lanzani, G.; De Silvestri, S.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J. Biophys. J. 2006, 90, 2486.
12. Polívka, T.; Niedzwiedzki, D.; Fuciman, M.; Sundström, V.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7422.
13. Papiz, M. Z.; Prince, S. M.; Howard, T.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. J. Mol. Biol. 2003, 326, 1523.
14. Pariser, R. J. Chem. Phys. 1955, 24, 250.
15. Callis, P. R.; Scott, T. W.; Albrecht, A. C. J. Chem. Phys. 1983, 78, 16.
16. Birge, R. R. Acc. Chem. Res. 1986, 19, 138.
17. Cosgrove, S. A.; Guite, M. A.; Burnell, T. B.; Christensen, R. L. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8118.
18. DeCoster, B.; Christensen, R. L.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J.; Farhoosh. R.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1102, 107.
19. Frank, H. A.; Farhoosh, R.; Decoster, B.; Christensen, R. L. Molecular features that control the efficiency of carotenoid-to-chlorophyll energy transfer in photosynthesis, Proceedings of the Ninth International Congress on Photosynthesis, Vol. 1, pp 125-8; Murata N., Ed., Nagoya, Japan, August 30-September 4, 1992; Kluwer Academic Publishers: Dordrect, Netherlands.
20. Frank, H. A.; Farhoosh, R.; Aldema, M. L.; DeCoster, B.; Christensen, R. L.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J. Photochem. Photobiol. 1993, 57, 49.
21. Frank, H. A.; Christensen, R. L. Singlet energy transfer from carotenoids to bacteriochlorophylls. In Anoxygenic Photosynthetic Bacteria; Blankenship, R. E., Madigan, M. T., Bauer, C. E., Eds.; Kluwer Academic Publishers Dordrecht The Netherlands, 1995; Vol. 2; pp 373.
22. Christensen, R. L. The electronic states of carotenoids In The Photochemistry of Carotenoids; Frank, H. A., Young, A. J., Britton, G., Cogdell, R. J. Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1999; Vol. 8, pp 137.
23. Christensen, R. L.; Barney, E. A.; Broene, R. D.; Galinato, M. G. I.; Frank, H. A. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 430, 30.
24. Niedzwiedzki, D. M.; Sullivan, J. O.; Polivka, T.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 22872.
25. Niedzwiedzki, D.; Koscielecki, J. F.; Cong, H.; Sullivan, J. O.; Gibson, G. N.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5984.
26. Christensen, R. L.; Galinato, M. G. I.; Chu, E. F.; Fujii, R.; Hashimoto, H.; Frank, H. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1769.
27. Walla, P. J.; Linden, P. A.; Hsu, C.-P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 10808.
28. Macpherson, A. N.; Arellano, J. B.; Fraser, N. J.; Cogdell, R. J.; Gillbro, T. Biophys. J. 2001, 80, 923.
29. Zhang, J. P.; Inaba, T.; Watanabe, Y.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 484.
30. Billstein, H. H.; Herek, J. L.; Garcia-Asua, G.; Hashoj, L.; Hunter, C. N.; Sundstrom, V. Biochemistry 2002, 41, 4127.
31. Wohlleben, W.; Buckup, T.; Herek, J. L.; Cogdell, R. J.; Motzkus, M. Biophys. J. 2003, 85, 442.
32. Rondonuwu, F. S.; Yokoyama, K.; Fujii, R.; Koyama, Y.; Cogdell, R. J.; Watanabe, Y. Chem. Phys. Lett. 2004, 390, 314.
33. Tavan, P.; Schulten, K. J. Chem. Phys. 1979, 70, 5407.
34. Tavan, P.; Schulten, K. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6602.
35. Tavan, P.; Schulten, K. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1987, 36, 4337.
36. Rondonuwu, F. S.; Watanabe, Y.; Fujii, R.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 2003, 376, 292.
37. Fujii, R.; Inaba, T.; Watanabe, Y.; Koyama, Y.; Zhang, J. P. Chem. Phys. Lett. 2003, 369, 165.
38. Koyama, Y.; Rondonuwu, F. S.; Fujii, R.; Watanabe, Y. Biopolymers 2004, 74, 2.
39. Nishimura, K.; Rondonuwu, F. S.; Fujii, R.; Akahane, J.; Koyama, Y.; Kobayashi, T. Chem. Phys. Lett. 2004, 392, 68.
40. Ikuta, M.; Yabushita, A.; Rondonuwu, F. S.; Akahane, J.; Koyama, Y.; Kobayashi, T. Chem. Phys. Lett. 2006, 422, 95.
41. McCamant, D. W.; Kukura, P.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. A. 2003, 107, 8208.
42. Kukura, P.; McCamant, D. W.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. A 2004, 108.
43. Gradinaru, C. C.; Kennis, J. T. M.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; Fleming, G. R.; Niederman, R. A.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 2001, 98, 2364.
44. Papagiannakis, E.; Kennis, J. T. M.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A 2002, 99, 6017.
45. Cerullo, G.; Polli, D.; Lanzani, G.; De Silvestri, S.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J. Science 2002, 298, 2395.
46. 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.
47. Wohlleben, W.; Buckup, T.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J.; Herek, J. L.; Motzkus, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3320.
48. Billsten, H. H.; Pan, J.; Sinha, S.; Pascher. T.; Sundström, V.; Polívka, T. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6852.
49. Fujii, R.; Onaka, K.; Kuki, M.; Koyama, Y.; Watanabe, Y. Chem. Phys. Lett. 1998, 288, 847.
50. Bautista, J. A.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Gosztola, D.; Wasielewski, M.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2267.
51. Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Josue, J. S.; Young, A. J. Biochemistry 2000, 39, 2831.
52. Zigmantas, D.; Polivka, T.; Hiller, R. G.; Yartsev, A.; Sundström, V. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10296.
53. Fujii, R.; Ishikawa, T.; Koyama, Y.; Taguchi, M.; Isobe, Y.; Nagae, H.; Watanabe, Y. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 5348.
54. Josue, J. S.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 4815.
55. Polívka, T.; Herek, J. L.; Zigmantas, D.; Akerlund, H. E.; Sundström, V. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 4914.
56. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Herek, J. L.; Koyama, Y.; Fujii, R.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1072.
57. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Sundström, V.; Formaggio, E.; Cinque, G.; Bassi, R. Biochemistry 2002, 41, 439.
58. Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11216.
59. Ilagan, R. P.; Christensen, R. L.; Chapp, T. W.; Gibson, G. N.; Pascher, T.; Polivka, T.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 3120.
60. Pendon, Z. D.; Gibson, G. N.; van der Hoef, I.; Lugtenburg, J.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 21172.
61. Meyer, B. Low temperature spectroscopy; American Elsevier: New York, 1971.
62. Turro, N. J. Modern Molecular Photochemistry; University Science Books: Sausalito, CA, 1991.
63. Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Josue, J.; Pendon, Z.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4569.
64. Zigmantas, D.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Frank, H. A.; Sundstrom, V.; Polivka, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 3009.
65. Koyama, Y.; Kuki, M.; Andersson, P. O.; Gillbro, T. Photochem. Photobiol. 1996, 63, 243.
66. Gall, A.; Cogdell, R. J.; Robert, B. Biochemistry 2003, 42, 7252.
67. Blankenship, R. E. Molecular Mechanisms of Photosynthesis; Blackwell Science: Oxford, 2002.
68. Angerhofer, A.; Cogdell, R. J.; Hipkins, M. F. Biochim. Biophys. Acta 1986, 848, 333.
69. Billsten, H. H.; Bhosale, P.; Yemelyanov, A.; Bernstein, P. S.; Polivka, T. Photochem. Photobiol. 2003, 78, 138.
70. Herek, J. L.; Polivka, T.; Pullerits, T.; Fowler, G. J. S.; Hunter, C. N.; Sundstrom, V. Biochem. 1998, 37, 7057.
71. Herek, J. L.; Wendling, M.; He, Z.; Polivka, T.; Garcia-Asua, G.; Cogdell, R. J.; Hunter, C. N.; van Grondelle, R.; Sundstrom, V.; Pullerits, T. J. Chem. Phys. B 2004, 108, 10398.
72. Frank, H. A.; Cong, H.; Gibson,G. N.; Birge, R. R.; Niedzwiedzki, D. Femtosecond time-resolved absorpton sepectroscopy of carotenoids, 234th National Meeting of the American Chemical Society, Boston, MA, August 19-23, 2007; American Chemical Society: Washington, DC., 2007, PHYS-517.
73. Jeevarajan, A. S.; Kispert, L. D.; Chumanov, G.; Zhou, C.; Cotton, T. M. Chem. Phys. Lett. 1996, 259, 515.
74. Jeevarajan, J. A.; Wei, C. C.; Jeevarajan, A. S.; Kispert, L. D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 5637.
75. Galinato, M. G. I.; Niedzwiedzki, D.; Deal, C.; Birge, R. R.; Frank, H. A. Photosynth. Res. 2007, 94, 67.
76. Cotton, T. M.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 7605.
77. Arlt, T.; Schmidt, S.; Kaiser, W.; Lauterwasser, C.; Meyer, M.; Scheer, H.; Zinth, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 11757.
78. van Stokkum, I. H. M.; Larsen, D. S.; van Grondelle, R. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1657, 82.
79. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. B 1997, 101, 7302.
80. Kasha, M. Radiat. Res. 1963, 20, 55.
81. Desamero, R. Z. B.; Chynwat, V.; van der Hoef, I.; Jansen, F. J.; Lugtenburg, J.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R.; Cua, A.; Bocian, D. F.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. 1998, 102, 8151.
82. Kodis, G.; Herrero, C.; Palacios, R.; Mariño-Ochoa, E.; Gould, S.; de la Garza, L.; van Grondelle, R.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Kennis, J. T. M. J. Chem. Phys. B 2004, 108, 414.
83. Kramer, H. J. M.; van Grondelle, R.; Hunter, C. N.; Westerhuis, W. H. J.; Amesz, J. Biochim. Biophys. Acta 1984, 765, 156.
84. Scheer, H. Chlorophylls; CRC Press: Boca Raton, 1991.