Quantum coherence and its interplay with protein environments in photosynthetic electronic energy transfer

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 12, Issue 27, 2010, Pages 7319-7337

  Ishizaki, Akihito ^a,b   Calhoun, Tessa R ^a,b   Schlau Cohen, Gabriela S ^a,b   Fleming, Graham R ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

PROTEIN;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; ELECTRON; ELECTRON TRANSPORT; ENERGY TRANSFER; LIGHT; LIGHT HARVESTING SYSTEM; METABOLISM; PHOTOSYNTHESIS; PHYSIOLOGY; PROBABILITY; QUANTUM THEORY; RADIATION EXPOSURE;

ELECTRON TRANSPORT; ELECTRONS; ENERGY TRANSFER; LIGHT; LIGHT-HARVESTING PROTEIN COMPLEXES; MARKOV CHAINS; MODELS, MOLECULAR; PHOTOSYNTHESIS; PROTEINS; QUANTUM THEORY;

EID: 77954358941     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c003389h     Document Type: Article

References (127)

1. R. E. Blankenship, Molecular Mechanisms of Photosynthesis, World Scientific, London, 2002
2. D. M. Jonas Annu. Rev. Phys. Chem., 2003, 54, 425-463
3. T. Brixner, T. Mančal, I. V. Stiopkin, G. R. Fleming J. Chem. Phys., 2004, 121, 4221-4236
4. M. Cho, H. M. Vaswani, T. Brixner, J. Stenger, G. R. Fleming J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 10542-10556
5. Y.-C. Cheng, G. R. Fleming Annu. Rev. Phys. Chem., 2009, 60, 241-262
6. E. Read, H. Lee, G. Fleming Photosynth. Res., 2009, 101, 233-243
7. N. S. Ginsberg, Y.-C. Cheng, G. R. Fleming Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1352-1363
8. T. Brixner, J. Stenger, H. M. Vaswani, M. Cho, R. E. Blankenship, G. R. Fleming Nature, 2005, 434, 625-628
9. G. S. Engel, T. R. Calhoun, E. L. Read, T.-K. Ahn, T. Mančal, Y.-C. Cheng, R. E. Blankenship, G. R. Fleming Nature, 2007, 446, 782-786
10. R. E. Fenna, B. W. Matthews Nature, 1975, 258, 573-577
11. H. van Amerongen, L. Valkunas, and R. van Grondelle, Photosynthetic Excitons, World Scientific, Singapore, 2000
12. E. Collini, C. Y. Wong, K. E. Wilk, P. M. G. Curmi, P. Brumer, G. D. Scholes Nature, 2010, 463, 644-648
13. G. Panitchayangkoon, D. Hayes, K. A. Fransted, J. R. Caram, E. Harel, J. Wen, R. E. Blankenship, and G. S. Engel, submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
14. A. Ishizaki, G. R. Fleming Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2009, 106, 17255-17260
15. H. Lee, Y.-C. Cheng, G. R. Fleming Science, 2007, 316, 1462-1465
16. Y.-C. Cheng, G. S. Engel, G. R. Fleming Chem. Phys., 2007, 341, 285-295
17. Y.-C. Cheng, G. R. Fleming J. Phys. Chem. A, 2008, 112, 4254-4260
18. A. Olaya-Castro, C. F. Lee, F. F. Olsen, N. F. Johnson Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys., 2008, 78, 085115.
19. D. Abramavicius, D. V. Voronine, S. Mukamel Biophys. J., 2008, 94, 3613-3619
20. B. Palmieri, D. Abramavicius, S. Mukamel J. Chem. Phys., 2009, 130, 204512.
21. Z. G. Yu, M. A. Berding, H. Wang Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys., 2008, 78, 050902.
22. M. Mohseni, P. Rebentrost, S. Lloyd, A. Aspuru-Guzik J. Chem. Phys., 2008, 129, 174106.
23. P. Rebentrost, M. Mohseni, A. Aspuru-Guzik J. Phys. Chem. B, 2009, 113, 9942-9947
24. P. Rebentrost, M. Mohseni, I. Kassal, S. Lloyd, A. Aspuru-Guzik New J. Phys., 2009, 11, 033003.
25. P. Rebentrost, R. Chakraborty, A. Aspuru-Guzik J. Chem. Phys., 2009, 131, 184102.
26. M. B. Plenio, S. F. Huelga New J. Phys., 2008, 10, 113019.
27. F. Caruso, A. W. Chin, A. Datta, S. F. Huelga, M. B. Plenio J. Chem. Phys., 2009, 131, 105106.
28. S. Jang, Y.-C. Cheng, D. R. Reichman, J. D. Eaves J. Chem. Phys., 2008, 129, 101104.
29. S. Jang J. Chem. Phys., 2009, 131, 164101.
30. A. Ishizaki, G. R. Fleming J. Chem. Phys., 2009, 130, 234110.
31. A. Ishizaki, G. R. Fleming J. Chem. Phys., 2009, 130, 234111.
32. M. Thorwart, J. Eckel, J. H. Reina, P. Nalbach, S. Weiss Chem. Phys. Lett., 2009, 478, 234-237
33. J. M. Womick, A. M. Moran J. Phys. Chem. B, 2009, 113, 15747-15759
34. J. Strümpfer, K. Schulten J. Chem. Phys., 2009, 131, 225101.
35. L. Z. Sharp, D. Egorova, W. Domcke J. Chem. Phys., 2010, 132, 014501.
36. L. Chen, R. Zheng, Q. Shi, Y. Yan J. Chem. Phys., 2010, 132, 024505.
37. X.-T. Liang, W.-M. Zhang, Y.-Z. Zhuo Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys., 2010, 81, 011906.
38. M. M. Wilde, J. M. McCracken, A. Mizel Proc. R. Soc. London, Ser. A, 2010, 466, 1347-1363
39. M. Sarovar, A. Ishizaki, G. R. Fleming, K. B. Whaley Nat. Phys., 2010, 6, 462-467
40. T. R. Calhoun, N. S. Ginsberg, G. S. Schlau-Cohen, Y.-C. Cheng, M. Ballottari, R. Bassi, G. R. Fleming J. Phys. Chem. B, 2009, 113, 16291-16295
41. Z. Liu, H. Yan, K. Wang, T. Kuang, J. Zhang, L. Gui, X. An, W. Chang Nature, 2004, 428, 287-292
42. J. Standfuss, A. C. Terwisscha van Scheltinga, M. Lamborghini, W. Kühlbrandt EMBO J., 2005, 24, 919-928
43. V. I. Novoderezhkin, M. A. Palacios, H. van Amerongen, R. van Grondelle J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 10493-10504
44. J. S. Frähmcke, P. J. Walla Chem. Phys. Lett., 2006, 430, 397-403
45. S. Georgakopoulou, G. van der Zwan, R. Bassi, R. van Grondelle, H. van Amerongen, R. Croce Biochemistry, 2007, 46, 4745-4754
46. G. S. Schlau-Cohen, T. R. Calhoun, N. S. Ginsberg, E. L. Read, M. Ballottari, R. Bassi, R. van Grondelle, G. R. Fleming J. Phys. Chem. B, 2009, 113, 15352-15363
47. T. Förster Ann. Phys., 1948, 437, 55-75
48. A. G. Redfield IBM J. Res. Dev., 1957, 1-31, 19.
49. V. May, and O. Kühn, Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems, WILEY-VCH, Weinheim, 2004
50. V. M. Kenkre, R. S. Knox Phys. Rev. B: Solid State, 1974, 9, 5279-5290
51. S. Rackovsky, R. J. Silbey Mol. Phys., 1973, 25, 61-72
52. A. Kimura, T. Kakitani, T. Yamato J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 9276-9287
53. A. Kimura, T. Kakitani J. Phys. Chem. A, 2007, 111, 12042-12048
54. T. Renger, V. May, O. Kühn Phys. Rep., 2001, 343, 137-254
55. J. Adolphs, T. Renger Biophys. J., 2006, 91, 2778-2797
56. F. Müh, M. E.-A. Madjet, J. Adolphs, A. Abdurahman, B. Rabenstein, H. Ishikita, E.-W. Knapp, T. Renger Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2007, 104, 16862-16867
57. J. Adolphs, F. Müh, M. Madjet, T. Renger Photosynth. Res., 2008, 95, 197-209
58. T. Renger, V. May J. Phys. Chem. A, 1998, 102, 4381-4391
59. T. Renger, R. A. Marcus J. Chem. Phys., 2002, 116, 9997-10019
60. E. Hennebicq, D. Beljonne, C. Curutchet, G. D. Scholes, R. J. Silbey J. Chem. Phys., 2009, 130, 214505.
61. A. Nazir Phys. Rev. Lett., 2009, 103, 146404.
62. G. D. Scholes Annu. Rev. Phys. Chem., 2003, 54, 57-87
63. G. D. Scholes, G. R. Fleming Adv. Chem. Phys., 2005, 132, 57-129
64. M. E. Madjet, A. Abdurahman, T. Renger J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 17268-17281
65. Y.-C. Cheng, R. J. Silbey Phys. Rev. Lett., 2006, 96, 028103.
66. S. Jang J. Chem. Phys., 2007, 127, 174710.
67. S. Mukamel, Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press, New York, 1995
68. A. Kitao, F. Hirata, N. Gō Chem. Phys., 1991, 158, 447-472
69. S. Hayward, N. Gō Annu. Rev. Phys. Chem., 1995, 46, 223-250
70. A. Kitao, N. Gō Curr. Opin. Struct. Biol., 1999, 9, 164-169
71. J. Rammer, Quantum Field Theory of Non-equilibrium States, Cambridge University Press, New York, 2007
72. R. Kubo, M. Toda, and N. Hashitsume, Statistical Physics II: Nonequilibrium Statistical Mechanics, Springer, New York, 1985
73. T. Joo, Y. Jia, J.-Y. Yu, M. J. Lang, G. R. Fleming J. Chem. Phys., 1996, 104, 6089-6108
74. G. R. Fleming, M. Cho Annu. Rev. Phys. Chem., 1996, 47, 109-134
75. R. Zwanzig, Nonequilibrium Statistical Mechanics, Oxford University Press, New York, 2001
76. H. Haken, G. Strobl Z. Phys., 1973, 262, 135-148
77. H.-P. Breuer, and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems, Oxford University Press, New York, 2002
78. A. Nemeth, F. Milota, T. Mančal, V. Lukeš, H. F. Kauffmann, J. Sperling Chem. Phys. Lett., 2008, 459, 94-99
79. W. M. Zhang, T. Meier, V. Chernyak, S. Mukamel J. Chem. Phys., 1998, 108, 7763-7774
80. D. Zigmantas, E. L. Read, T. Mančal, T. Brixner, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, G. R. Fleming Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2006, 103, 12672-12677
81. K. Hyeon-Deuk, Y. Tanimura, M. Cho J. Chem. Phys., 2007, 127, 075101.
82. E. L. Read, G. S. Schlau-Cohen, G. S. Engel, J. Wen, R. E. Blankenship, G. R. Fleming Biophys. J., 2008, 95, 847-856
83. S. Jang, R. J. Silbey J. Chem. Phys., 2003, 118, 9324-9336
84. H. Sumi J. Phys. Soc. Jpn., 1982, 51, 1745-1762
85. H. Sumi Phys. Rev. Lett., 1983, 50, 1709-1712
86. S. Mukamel, V. Rupasov Chem. Phys. Lett., 1995, 242, 17-26
87. O. Kühn, V. Rupasov, S. Mukamel J. Chem. Phys., 1996, 104, 5821-5833
88. S. Jang, Y. Jung, R. J. Silbey Chem. Phys., 2002, 275, 319-332
89. P. W. Anderson J. Phys. Soc. Jpn., 1954, 9, 316-339
90. R. Kubo J. Phys. Soc. Jpn., 1954, 9, 935-944
91. R. Kubo Adv. Chem. Phys., 1969, 15, 101-127
92. T. Takagahara, E. Hanamura, R. Kubo J. Phys. Soc. Jpn., 1977, 43, 811-816
93. Y. Tanimura, R. Kubo J. Phys. Soc. Jpn., 1989, 58, 101-114
94. Y. Tanimura J. Phys. Soc. Jpn., 2006, 75, 082001.
95. R. P. Feynman, F. L. Vernon Ann. Phys., 1963, 24, 118-173
96. A. O. Caldeira, A. J. Leggett Phys. A, 1983, 121, 587-616
97. Y. Tanimura Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys., 1990, 41, 6676-6687
98. R.-X. Xu, P. Cui, X.-Q. Li, Y. Mo, Y. Yan J. Chem. Phys., 2005, 122, 041103.
99. A. Ishizaki, Y. Tanimura J. Phys. Soc. Jpn., 2005, 74, 3131-3134
100. Q. Shi, L. Chen, G. Nan, R.-X. Xu, Y. Yan J. Chem. Phys., 2009, 130, 164518.
101. Y. Tanimura, S. Mukamel J. Phys. Soc. Jpn., 1994, 63, 66-77
102. M. Schröder, M. Schreiber, U. Kleinekathöfer J. Chem. Phys., 2007, 126, 114102.
103. R.-X. Xu, Y. Yan Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys., 2007, 75, 031107.
104. M. Tanaka, Y. Tanimura J. Phys. Soc. Jpn., 2009, 78, 073802.
105. M. Abramowitz, and I. A. Stegun, Handbook of Mathematical Functions, With Formulas, Graphs and Mathematical Tables, Dover Publications, New York, 1964
106. S. Nakajima Prog. Theor. Phys., 1958, 20, 948-959
107. R. Zwanzig J. Chem. Phys., 1960, 33, 1338-1341
108. F. Shibata, Y. Takahashi, N. Hashitsume J. Stat. Phys., 1977, 17, 171-187
109. H. Grabert, P. Schramm, G.-L. Ingold Phys. Rep., 1988, 168, 115-207
110. M. Yang, G. R. Fleming Chem. Phys., 2002, 282, 163-180
111. W. J. D. Beenken, M. Dahlbom, P. Kjellberg, T. Pullerits J. Chem. Phys., 2002, 117, 5810-5820
112. T. Mančal, L. Valkunas, E. L. Read, G. S. Engel, T. R. Calhoun, G. R. Fleming Spectroscopy, 2008, 22, 199-211
113. C. Meier, D. J. Tannor J. Chem. Phys., 1999, 111, 3365-3376
114. J. Wen, H. Zhang, M. L. Gross, R. E. Blankenship Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2009, 106, 6134-6139
115. S. I. E. Vulto, S. Neerken, R. J. W. Louwe, M. A. de Baat, J. Amesz, T. J. Aartsma J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 10630-10635
116. S. I. E. Vulto, M. A. de Baat, S. Neerken, F. R. Nowak, H. van Amerongen, J. Amesz, T. J. Aartsma J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 8153-8161
117. E. Collini, G. D. Scholes Science, 2009, 323, 369-373
118. R. Agarwal, B. P. Krueger, G. D. Scholes, M. Yang, J. Yom, L. Mets, G. R. Fleming J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 2908-2918
119. J. M. Salverda, M. Vengris, B. P. Krueger, G. D. Scholes, A. R. Czarnoleski, V. Novoderezhkin, H. van Amerongen, R. van Grondelle Biophys. J., 2003, 84, 450-465
120. R. van Grondelle, V. I. Novoderezhkin Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8, 793-807
121. A. Camara-Artigas, R. Blankenship, J. Allen Photosynth. Res., 2003, 75, 49-55
122. A. Camara-Artigas, D. Brune, J. P. Allen Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2002, 99, 11055-11060
123. M. L. Groot, J. Y. Yu, R. Agarwal, J. R. Norris, G. R. Fleming J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 5923-5931
124. N. Demirdöven, M. Khalil, A. Tokmakoff Phys. Rev. Lett., 2002, 89, 237401.
125. M. Khalil, N. Demirdöven, A. Tokmakoff J. Phys. Chem. A, 2003, 107, 5258-5279
126. G. M. D’Ariano, M. G. A. Paris, M. F. Sacchi Adv. Imag. Electron. Phys., 2003, 128, 205-308
127. M. A. Nielsen, and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, New York, 2000