Solvent fluctuations drive the hole transfer in DNA: A mixed quantum-classical study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 39, 2009, Pages 13107-13117

  Kubař, Tomáš ^a   Kleinekathöfer, Ulrich ^b   Elstner, Marcus ^a  

^a TECHNICAL UNIVERSITY OF BRAUNSCHWEIG   (Germany)

^b JACOBS UNIVERSITY BREMEN   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE TRANSFER; DNA; GENES; ION EXCHANGE; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR MECHANICS; SOLVENTS;

CHARGE HOPPING; CHARGE TRANSFER MODEL; CHARGE-TRANSFER RATE; CLASSICAL MOLECULAR DYNAMICS; DEGREES OF FREEDOM; DNA STRANDS; DNA STRUCTURE; DOUBLE STRANDED DNA; ELECTRONIC COUPLING; HOLE TRANSFER; MULTI-SCALE APPROACHES; QUANTUM-CLASSICAL; SHORT BRIDGES; SOLVENT EFFECTS; SOLVENT FLUCTUATIONS; TIME-DEPENDENT DFT; TRANSFER EFFICIENCY;

NUCLEIC ACIDS;

EID: 70349483746     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp9073587     Document Type: Article

References (83)

1. Hall, D. B.; Holmlin, E.; Barton, J. K. Nature 1996, 382, 731.
2. Hall, D. B.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5045.
3. Gasper, S. M.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12762.
4. Giese, B.; Wessely, S.; Spormann, M.; Lindemann, U.; Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 996.
5. Porath, D.; Bezryadin, A.; De Vries, S.; Dekker, C. Nature 2000, 403, 635.
6. Xu, B.; Zhang, P.; Li, X.; Tao, N. Nano Lett. 2004, 4, 1105.
7. van Zalinge, H.; Schiffrin, D. J.; Bates, A. D.; Haiss, W.; Ulstrup, J.; Nichols, R. J. ChemPhysChem 2006, 7, 94.
8. Boon, E. M.; Livingston, A. L.; Chmiel, N. H.; David, S. S.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 2003, 100, 12543.
9. Holman, M. R.; Ito, T.; Rokita, S. E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6.
10. Long-Range Charge Transfer in DNA I-II: Topics in Current Chemistry; Schuster, G. B., Ed.; Springer: Heidelberg, Germany, 2004.
11. Paleček, E. Electroanalysis 1996, 8, 7.
12. Kelley, S. O.; Barton, J. K.; Jackson, N. M.; Hill, M. G. Bioconjugate Chem. 1997, 8, 31.
13. Wong, E. L. S.; Gooding, J. J. Anal. Chem. 2006, 78, 2138.
14. Introducing Molecular Electronics: Lecture Notes in Physics; Cuniberti, G., Fagas, G., Richter, K., Eds.; Springer: Berlin, Germany, 2005.
15. Joachim, C.; Ratner, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 8801.
16. Hush, N. S.; Cheung, A. S. Chem. Phys. Lett. 1975, 34, 11.
17. Orlov, V. M.; Smirnov, A. N.; Varshavsky, Y. M. Tetrahedron Lett. 1976, 17, 4377.
18. Steenken, S.; Jovanovic, S. V. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 617.
19. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12950.
20. Ly, D.; Kan, Y.; Armitage, B.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8747.
21. Jortner, J.; Bixon, M.; Langenbacher, T.; Michel-Beyerle, M. E. Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 1998, 95, 12759.
22. Grozema, F. C.; Berlin, Y. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10903.
23. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3906.
24. Berlin, Y. A.; Burin, A. L.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 260.
25. Voityuk, A.; Siriwong, K.; Roesch, N. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 624.
26. Giese, B.; Amaudrut, J.; Köhler, A. K.; Spormann, M.; Wessely, S. Nature 2002, 412, 318.
27. Giese, B. Top. Curr. Chem. 2004, 236, 27.
28. Bixon, M.; Jortner, J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12556.
29. Berlin, Y. A.; Burin, A. L.; Ratner, M. A. Chem. Phys. 2002, 275, 61.
30. Bixon, M.; Jortner, J. Chem. Phys. 2002, 287, 393.
31. Bixon, M.; Jortner, J. Chem. Phys. 2006, 326, 252.
32. Roesch, N.; Voityuk, A. Top. Curr. Chem. 2004, 237, 37.
33. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1956, 24, 966.
34. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265.
35. Priyadarshy, S.; Beratan, D. N.; Risser, S. M. Int. J. Quantum Chem. 1996, 60, 1789.
36. Tong, G. S. M.; Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2381.
37. Olofsson, J.; Larsson, S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10398.
38. Cramer, T.; Krapf, S.; Koslowski, T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11812.
39. Renger, T.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8404.
40. Jakobsson, M.; Stafström, S. J. Chem. Phys. 2008, 129, 125102.
41. Voityuk, A.; Siriwong, K.; Roesch, N. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 5421.
42. Troisi, A.; Orlandi, G. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 2093.
43. Cramer, T.; Steinbrecher, T.; Labahn, A.; Koslowski, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 7, 4039.
44. Voityuk, A. Chem. Phys. Lett. 2006, 439, 162.
45. Grozema, F. C.; Tonzani, S.; Berlin, Y. A.; Schatz, G. C.; Siebbeles, L. D. A.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5157.
46. Steinbrecher, T.; Koslowski, T.; Case, D. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 16935.
47. Reha, D.; Barford, W.; Harris, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5436.
48. Siriwong, K.; Voityuk, A. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8181.
49. Voityuk, A. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 045104.
50. Voityuk, A. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 115101.
51. Hatcher, E.; Balaeff, A.; Keinan, S.; Venkatramani, R.; Beratan, D. N. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11752.
52. Balabin, I. A.; Beratan, D. N.; Skourtis, S. S. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 158102.
53. O'Neill, M. A.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11471.
54. O'Neill, M. A.; Barton, J. K. Top. Curr. Chem. 2004, 236, 67.
55. Schuster, G. B.; Landmann, U. Top. Curr. Chem. 2004, 236, 139.
56. Barnett, R. N.; Cleveland, C. L.; Joy, A.; Landman, U.; Schuster, G. B. Science 2001, 294, 567.
57. Kubař, T.; Woiczikowski, P. B.; Cuniberti, G.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7937.
58. Kubař, T.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8788.
59. Mantz, Y. A.; Gervasio, F. L.; Laino, T.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 058104.
60. Grozema, F. C.; Siebbeles, L. D. A.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A. ChemPhysChem 2002, 3, 536.
61. Senthilkumar, K.; Grozema, F. C.; Guerra, C. F.; Bickelhaupt, F. M.; Lewis, F. D.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14894.
62. Senn, H. M.; Thiel, W. Curr. Opin. Chem. Biol. 2007, 11, 182.
63. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B 1998, 58, 7260.
64. Lewis, F. D.; Zhu, H.; Daublain, P.; Fiebig, T.; Raytchev, M.; Wang, Q.; Shafirovich, V. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 791.
65. Endres, R. G.; Cox, D. L.; Singh, R. R. P. Rev. Mod. Phys. 2004, 76, 195.
66. Loewdin, P. O. J. Chem. Phys. 1950, 18, 365.
67. Rak, J.; Makowska, J.; Voityuk, A. Chem. Phys. 2006, 325, 567.
68. Cui, Q.; Elstner, M.; Kaxiras, E.; Frauenheim, T.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 569.
69. Runge, E.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997.
70. Niehaus, T. A.; Heringer, D.; Torralva, B.; Frauenheim, T. Eur. Phys. J. D 2005, 35, 467.
71. Brankin, R. W.; Gladwell, I.; Shampine, L. F. RKSUITE: A suite of Runge-Kutta codes for the initial value problem for ODEs, Softreport 92-S1; Department of Mathematics, Southern Methodist University: Dallas, TX, 1992.
72. Wang, J.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 27, 1049.
73. Pérez, A.; Marchán, I.; Svozil, D.; Šponer, J.; Cheatham, T. E., III; Laughton, C. A.; Orozco, M. Biophys. J. 2007, 92, 3817.
74. Case, D. A.; Cheatham, T. E., III; Darden, T.; Gohlke, H.; Luo, R.; Merz, K. M., Jr.; Onufriev, A.; Simmerling, C.; Wang, B.; Woods, R. J. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1668.
75. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701.
76. LeBard, D. N.; Lilichenko, M.; Matyushov, D. V.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14509.
77. Kubař, T.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 5653.
78. Blancafort, L.; Voityuk, A. J. Phys. Chem. A 2005, 110, 6426.
79. Jortner, J.; Bixon, M.; Voityuk, A. A.; Roesch, N. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 7599.
80. Siriwong, K.; Voityuk, A. A.; Newton, M. D.; Rösch, N. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 2595.
81. Lewis, F. D.; Kalgutkar, R. S.; Wu, Y.; Liu, X.; Liu, J.; Hayes, R. T.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12346.
82. Lewis, F. D.; Liu, J.; Weigel, W.; Rettig, W.; Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12536.
83. Berlin, Y. A.; Grozema, F. C.; Siebbeles, L. D. A.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 10988.