Structure-based identification of energy sinks in plant light-harvesting complex II

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 42, 2010, Pages 13517-13535

  Müh, Frank ^a   Madjet, Mohamed El Amine ^a   Renger, Thomas ^b  

^a FREIE UNIVERSITÄT BERLIN   (Germany)

^b JOHANNES KEPLER UNIVERSITY LINZ   (Austria)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION; AMINO ACIDS; BIOLOGICAL MEMBRANES; CHLOROPHYLL; CRYSTAL STRUCTURE; DICHROISM; ENERGY TRANSFER; PORPHYRINS; PROTEINS;

ALTERNATIVE ENERGY; AMINO ACID RESIDUES; CHLOROPHYLL A; CIRCULAR DICHROISM; CONFORMATIONAL CHANGE; CONFORMATIONAL DIFFERENCES; CYROGENIC TEMPERATURE; ELEVATED TEMPERATURE; ENERGY LEVEL; ENERGY SINKS; EXCITON LEVEL; EXCITONIC COUPLING; FLUORESCENCE SPECTRA; HIGHER PLANTS; LIGHT-HARVESTING COMPLEX II; LINEAR ABSORPTION; LINEAR DICHROISM; LOW TEMPERATURES; LOWER ENERGIES; MEMBRANE PROTEINS; MUTAGENESIS EXPERIMENT; NEOXANTHIN; NON-PHOTOCHEMICAL QUENCHING; POTENTIAL SITES; PROTEIN INTERACTION; RED SHIFT; STRUCTURAL CHANGE; STRUCTURE-BASED; TRANSITION ENERGY; WILD TYPES;

ENERGY HARVESTING;

EID: 77958476050     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp106323e     Document Type: Article

References (97)

1. Primary Processes of Photosynthesis, Principles and Apparatus; Renger, G., Ed.; Royal Society Chemistry Publishing: Cambridge, U.K., 2008.
2. Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis; Green, B. R., Parson, W. W., Eds.; Springer (Kluwer Academic Publishers): Dordrecht, The Netherlands, 2003.
3. van Amerongen, H.; Croce, R. Structure and Function of Photosystem II Light-Harvesting Proteins (Lhcb) of Higher Plants. In Primary Processes of Photosynthesis, Principles and Apparatus; Renger, G., Ed.; RSC Publishing: Cambridge, U.K., 2008; Vol. 1, pp 329 - 367.
4. Gilmore, A. M.; Li, X.-P. Regulatory Control of Antenna Function in Plants. In Primary Processes of Photosynthesis, Principles and Apparatus; Renger, G., Ed.; RSC Publishing: Cambridge, U.K., 2008; Vol. 1, pp 369 - 390.
5. Guskov, A.; Gabdulkhakov, A.; Broser, M.; Glöckner, C.; Hellmich, J.; Kern, J.; Frank, J.; Müh, F.; Saenger, W.; Zouni, A. ChemPhysChem 2010, 11, 1160-1171
6. Photosystem I-The Light-Driven Plastocyanin:Ferredoxin Oxidoreductase; Golbeck, J. H., Ed.; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2006.
7. Amunts, A.; Nelson, N. Plant Physiol. Biochem. 2008, 46, 228-237
8. Müh, F.; Renger, T.; Zouni, A. Plant Physiol. Biochem. 2008, 46, 238-264
9. Holt, N. E.; Fleming, G. R.; Niyogi, K. K. Biochemistry 2004, 43, 8281-8289
10. Barros, T.; Kühlbrandt, W. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1787, 753-772
11. Pfannschmidt, T. Trends Plant Sci. 2003, 8, 33-41
12. Marín-Navarro, J.; Manuell, A. L.; Wu, J.; Mayfield, S. P. Photosynth. Res. 2007, 94, 359-374
13. Sakamoto, W. Annu. Rev. Plant Biol. 2006, 57, 599-621
14. Iwai, M.; Takizawa, K.; Tokutsu, R.; Okamuro, A.; Takahashi, Y.; Minagawa, J. Nature 2010, 464, 1210-1213
15. Standfuss, J.; Kühlbrandt, W. J. Biol. Chem. 2004, 279, 36884-36891
16. Dekker, J. P.; Boekema, E. J. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1706, 12-39
17. Butler, P. J. G.; Kühlbrandt, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 3797-3801
18. Nussberger, S.; Dörr, K.; Wang, D. N.; Kühlbrandt, W. J. Mol. Biol. 1993, 234, 347-356
19. Burke, J. J.; Ditto, C. L.; Arntzen, C. J. Arch. Biochem. Biophys. 1978, 187, 252-263
20. Bassi, R.; Silvestri, M.; Dainese, P.; Moya, I.; Giacometti, G. M. J. Photochem. Photobiol., B 1991, 9, 335-354
21. Voigt, B.; Krikunova, M.; Lokstein, H. Photosynth. Res. 2008, 95, 317-325
22. Ruban, A. V.; Calkoen, F.; Kwa, S. L. S.; van Grondelle, R.; Horton, P.; Dekker, J. P. Biochim. Biophys. Acta 1997, 1321, 61-70
23. Miloslavina, Y.; Wehner, A.; Lambrev, P. H.; Wientjes, E.; Reus, M.; Garab, G.; Croce, R.; Holzwarth, A. R. FEBS Lett. 2008, 582, 3625-3631
24. Horton, P.; Wentworth, M.; Ruban, A. FEBS Lett. 2005, 579, 4201-4206
25. Caffarri, S.; Kouril, R.; Kereiche, S.; Boekema, E. J.; Croce, R. EMBO J. 2009, 28, 3052-3063
26. Liu, Z. F.; Yan, H. C.; Wang, K. B.; Kuang, T. Y.; Zhang, J. P.; Gui, L. L.; An, X. M.; Chang, W. R. Nature 2004, 428, 287-292
27. Standfuss, J.; Terwisscha van Scheltinga, A. C.; Lamborghini, M.; Kühlbrandt, W. EMBO J. 2005, 24, 919-928
28. Jahns, P.; Latowski, D.; Strzalka, K. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1787, 3-14
29. Pascal, A. A.; Liu, Z. F.; Broess, K.; van Oort, B.; van Amerongen, H.; Wang, C.; Horton, P.; Robert, B.; Chang, W. R.; Ruban, A. Nature 2005, 436, 134-137
30. Barros, T.; Royant, A.; Standfuss, J.; Dreuw, A.; Kühlbrandt, W. EMBO J. 2009, 28, 298-306
31. van Grondelle, R.; Novoderezhkin, V. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 793-807
32. Hemelrijk, P. W.; Kwa, S. L. S.; van Grondelle, R.; Dekker, J. P. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1098, 159-166
33. Nussberger, S.; Dekker, J. P.; Kühlbrandt, W.; van Bolhuis, B. M.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. Biochemistry 1994, 33, 14775-14783
34. Peterman, E. J. G.; Hobe, S.; Calkoen, F.; van Grondelle, R.; Paulsen, H.; van Amerongen, H. Biochim. Biophys. Acta 1996, 1273, 171-174
35. Bittner, T.; Irrgang, K. D.; Renger, G.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11821-11826
36. Bittner, T.; Wiederrecht, G. P.; Irrgang, K. D.; Renger, G.; Wasielewski, M. R. Chem. Phys. 1995, 194, 311-322
37. Visser, H. M.; Kleima, F. J.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. Chem. Phys. 1996, 210, 297-312
38. Kleima, F. J.; Gradinaru, C. C.; Calkoen, F.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. Biochemistry 1997, 36, 15262-15268
39. Gradinaru, C. C.; Özdemir, S.; Gülen, D.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. Biophys. J. 1998, 75, 3064-3077
40. Müller, M. G.; Lambrev, P.; Reus, M.; Wientjes, E.; Croce, R.; Holzwarth, A. R. ChemPhysChem 2010, 11, 1289-1296
41. Agarwal, R.; Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Yang, M.; Yom, J.; Mets, L.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2908-2918
42. Salverda, J. M.; Vengris, M.; Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Czarnoleski, A. R.; Novoderezhkin, V.; van Amerongen, H.; van Grondelle, R. Biophys. J. 2003, 84, 450-465
43. Reddy, N. R. S.; van Amerongen, H.; Kwa, S. L. S.; van Grondelle, R.; Small, G. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4729-4735
44. Pieper, J.; Rätsep, M.; Jankowiak, R.; Irrgang, K.-D.; Voigt, J.; Renger, G.; Small, G. J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2412-2421
45. Pieper, J.; Irrgang, K. D.; Rätsep, M.; Jankowiak, R.; Schrötter, T.; Voigt, J.; Small, G. J.; Renger, G. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2422-2428
46. Pieper, J.; Rätsep, M.; Irrgang, K. D.; Freiberg, A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 10870-10880
47. Palacios, M. A.; Frese, R. N.; Gradinaru, C. C.; van Stokkum, I. H. M.; Premvardhan, L. L.; Horton, P.; Ruban, A. V.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1605, 83-95
48. Olszówka, D.; Krawczyk, S.; Maksymiec, W. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1657, 61-70
49. Tietz, C.; Jelezko, F.; Gerken, U.; Schuler, S.; Schubert, A.; Rogl, H.; Wrachtrup, J. Biophys. J. 2001, 81, 556-562
50. Schlau-Cohen, G. S.; Calhoun, T. R.; Ginsberg, N. S.; Read, E. L.; Ballottari, M.; Bassi, R.; van Grondelle, R.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 15352-15363
51. Calhoun, T. R.; Ginsberg, N. S.; Schlau-Cohen, G. S.; Cheng, Y. C.; Ballottari, M.; Bassi, R.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 16291-16295
52. Stahl, A. D.; Di Donato, M.; van Stokkum, I.; van Grondelle, R.; Groot, M. L. Biophys. J. 2009, 97, 3215-3223
53. Novoderezhkin, V. I.; Palacios, M. A.; van Amerongen, H.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10493-10504
54. Linnanto, J.; Martiskainen, J.; Lehtovuori, V.; Ihalainen, J.; Kananavicius, R.; Barbato, R.; Korppi-Tommola, J. Photosynth. Res. 2006, 87, 267-279
55. Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5378-5386
56. Madjet, M. E.; Abdurahman, A.; Renger, T. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17268-17281
57. Adolphs, J.; Müh, F.; Madjet, M. E.; Renger, T. Photosynth. Res. 2008, 95, 197-209
58. Adolphs, J.; Müh, F.; Madjet, M. E.; Schmidt am Busch, M.; Renger, T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3331-3343
59. Frähmcke, J. S.; Walla, P. J. Chem. Phys. Lett. 2006, 430, 397-403
60. Paulsen, H.; Rümler, U.; Rüdiger, W. Planta 1990, 181, 204-211
61. Remelli, R.; Varotto, C.; Sandona, D.; Croce, R.; Bassi, R. J. Biol. Chem. 1999, 274, 33510-33521
62. Yang, C. H.; Kosemund, K.; Cornet, C.; Paulsen, H. Biochemistry 1999, 38, 16205-16213
63. Rogl, H.; Kühlbrandt, W. Biochemistry 1999, 38, 16214-16222
64. Rogl, H.; Schödel, R.; Lokstein, H.; Kühlbrandt, W.; Schubert, A. Biochemistry 2002, 41, 2281-2287
65. Müh, F.; Madjet, M. E.; Adolphs, J.; Abdurahman, A.; Rabenstein, B.; Ishikita, H.; Knapp, E. W.; Renger, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 16862-16867
66. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187-217
67. MacKerell, A. D.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E.; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.; Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616
68. Kieseritzky, G.; Knapp, E. W. Proteins 2008, 71, 1335-1348
69. Ullmann, G. M.; Knapp, E. W. Eur. Biophys. J. 1999, 28, 533-551
70. Rabenstein, B.; Knapp, E. W. Biophys. J. 2001, 80, 1141-1150
71. Bashford, D. Front. Biosci. 2004, 9, 1082-1099
72. Schulze, H.; Ristau, O.; Jung, C. Biochim. Biophys. Acta 1994, 1183, 491-498
73. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1963, 38, 1858-1862
74. Knox, R. S.; Spring, B. Q. Photochem. Photobiol. 2003, 77, 497-501
75. Renger, T.; Madjet, M. E.; Müh, F.; Trostmann, I.; Schmitt, F. J.; Theiss, C.; Paulsen, H.; Eichler, H. J.; Knorr, A.; Renger, G. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 9948-9957
76. Müh, F.; Zouni, A. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1708, 219-228
77. Renger, T.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 2002, 116, 9997-10019
78. Raszewski, G.; Renger, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4431-4446
79. Renger, T. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 188101
80. Yang, M.; Damjanovic, A.; Vaswani, H. M.; Fleming, G. R. Biophys. J. 2003, 85, 140-158
81. Jaguar 5.5; Schrödinger, L. L. C.: Portland, OR, 1991-2003.
82. Sigfridsson, E.; Ryde, U. J. Comput. Chem. 1998, 19, 377-395
83. Kong, J.; White, C. A.; Krylov, A. I.; Sherrill, D.; Adamson, R. D.; Furlani, T. R.; Lee, M. S.; Lee, A. M.; Gwaltney, S. R.; Adams, T. R.; Ochsenfeld, C.; Gilbert, A. T. B.; Kedziora, G. S.; Rassolov, V. A.; Maurice, D. R.; Nair, N.; Shao, Y. H.; Besley, N. A.; Maslen, P. E.; Dombroski, J. P.; Daschel, H.; Zhang, W. M.; Korambath, P. P.; Baker, J.; Byrd, E. F. C.; Van Voorhis, T.; Oumi, M.; Hirata, S.; Hsu, C. P.; Ishikawa, N.; Florian, J.; Warshel, A.; Johnson, B. G.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M.; Pople, J. A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1532-1548
84. Hirata, S.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 291-299
85. Madjet, M. E.; Müh, F.; Renger, T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12603-12614
86. Renger, T.; Trostmann, I.; Theiss, C.; Madjet, M. E.; Richter, M.; Paulsen, H.; Eichler, H. J.; Knorr, A.; Renger, G. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 10487-10501
87. Novoderezhkin, V. I.; Palacios, M. A.; van Amerongen, H.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10363-10375
88. Raszewski, G.; Saenger, W.; Renger, T. Biophys. J. 2005, 88, 986-998
89. Senn, H. M.; Thiel, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1198-1229
90. Renger, T.; Grundkötter, B.; Madjet, M. E. A.; Müh, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 13235-13240
91. Suydam, I. T.; Snow, C. D.; Pande, V. S.; Boxer, S. G. Science 2006, 313, 200-204
92. Di Valentin, M.; Biasibetti, F.; Ceola, S.; Carbonera, D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13071-13078
93. Bode, S.; Quentmeier, C. C.; Liao, P. N.; Hafi, N.; Barros, T.; Wilk, L.; Bittner, F.; Walla, P. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 12311-12316
94. Frank, H. A.; Cua, A.; Chynwat, V.; Young, A.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R. Photosynth. Res. 1994, 41, 389-395
95. Ruban, A. V.; Berera, R.; Ilioaia, C.; van Stokkum, I. H. M.; Kennis, J. T. M.; Pascal, A. A.; van Amerongen, H.; Robert, B.; Horton, P.; van Grondelle, R. Nature 2007, 450, 575-578
96. Duffy, C. D. P.; Ruban, A. V.; Barford, W. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 12508-12515
97. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33-38