Photochemical and thermal stability of green and blue proteorhodopsins: Implications for protein-based bioelectronic devices

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 44, 2010, Pages 14064-14070

  Ranaghan, Matthew J ^a   Shima, Sumie ^a   Ramos, Lavosier ^a   Poulin, Daniel S ^a   Whited, Gregg ^b   Rajasekaran, Sanguthevar ^a   Stuart, Jeffery A ^a   Albert, Arlene D ^a   Birge, Robert R ^a  

^a UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

^b GENENCOR INTERNATIONAL INC   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY; LASER EXCITATION; PHOTONIC DEVICES; PROTEINS; ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY;

BIOELECTRONIC DEVICE; BIOLOGICAL FUNCTIONS; CYCLICITY; DEVICE APPLICATION; HOST ORGANISM; MELTING TEMPERATURES; OCEAN DEPTH; PHOTOCHEMICAL STABILITY; PHOTOCYCLES; PULSED LASER EXCITATION; THERMAL BLEACHING; THERMAL STABILITY; UV-VIS SPECTROSCOPY;

THERMODYNAMIC STABILITY;

EID: 78149274880     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp106633w     Document Type: Article

References (89)

1. Qin, L.; Banholzer, M. J.; Millstone, J. E.; Mirkin, C. A. Nano Lett. 2007, 7, 3849
2. Sun, Q.; Subramanyam, G.; Dai, L.; Check, M.; Campbell, A.; Naik, R. R.; Grote, G.; Wang, Y. ACS Nano 2009, 3, 737
3. Slocik, J. M.; Kim, S. N.; Whitehead, T. A.; Clark, D. S.; Naik, R. R. Small 2009, 5, 2038
4. Birge, R. R.; Gillespie, N. B.; Izaguirre, E. W.; Kusnetzow, A.; Lawrence, A. F.; Singh, D.; Song, Q. W.; Schmidt, E.; Stuart, J. A.; Seetharaman, S.; Wise, K. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 10746
5. Lawrence, B. D.; Cronin-Golomb, M.; Georgakoudi, I.; Kaplan, D. L.; Omenetto, F. G. Biomacromolecules 2008, 9, 1214
6. Hampp, N. A. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2000, 53, 633
7. Henderson, R.; Baldwin, J. M.; Ceska, T. A.; Zemlin, F.; Beckmann, E.; Downing, K. H. J. Mol. Biol. 1990, 213, 899
8. Mathies, R. A.; Cruz, C. H. B.; Pollard, W. T.; Shank, C. V. Science 1988, 240, 777
9. Heyes, C. D.; El-Sayed, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12045
10. Jackson, M.; Sturtevant, J. Biochemistry 1978, 17, 911
11. Popp, A.; Wolperdinger, M.; Hampp, N.; Bruchle, C.; Oesterhelt, D. Biophys. J. 1993, 65, 1449
12. Gillespie, N. B.; Wise, K. J.; Ren, L.; Stuart, J. A.; Marcy, D. L.; Hillebrecht, J.; Li, Q.; Ramos, L.; Jordan, K.; Fyvie, S.; Birge, R. R. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 13352
13. Hampp, N. Chem. Rev. 2000, 100, 1755
14. Béjà, O.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L.; Leclerc, M.; DeLong, E. F. Nature 2001, 411, 786
15. Dioumaev, A. K.; Wang, J. M.; Balint, Z.; Varo, G.; Lanyi, J. K. Biochemistry 2003, 42, 6582
16. Lakatos, M.; Varo, G. J. Photochem. Photobiol. B 2004, 73, 177
17. Rangarajan, R.; Galan, J. F.; Whited, G.; Birge, R. R. Biochemistry 2007, 46, 12679
18. Varo, G.; Brown, L. S.; Lakatos, M.; Lanyi, J. K. Biophys. J. 2003, 84, 1202
19. Krebs, R. A.; Alexiev, U.; Partha, R.; DeVita, A. M.; Braiman, M. S. BMC Physiol. 2002, 2, e5
20. Braiman, M. S.; Partha, R. H. US Patent 7,517,968, 2009.
21. Gourdon, P.; Alfredsson, A.; Pedersen, A.; Malmerberg, E.; Nyblom, M.; Widell, M.; Berntsson, R.; Pinhassi, J.; Braiman, M.; Hansson, O.; Bonander, N.; Karlsson, G.; Neutze, R. Prot. Expr. Purif. 2008, 58, 103
22. Xi, B.; Tetley, W. C.; Marcy, D. L.; Zhong, C.; Whited, G.; Birge, R. R.; Stuart, J. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2524
23. Tamogami, J.; Kikukawa, T.; Miyauchi, S.; Muneyuki, E.; Kamo, N. Photochem. Photobiol. 2009, 85, 578
24. Jensen, R. B.; Kelemen, B. R.; Mcauliffe, J. C.; Smith, W. C. US Patent Application 10/724271, 2008.
25. Stuart, J. A. US Patent Application 20080035897, 2008.
26. Delong, E. F.; Béjà, O. US Patent Application 7253268, 2007.
27. Man, D.; Wang, W.; Sabehi, G.; Aravind, L.; Post, A. F.; Massana, R.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L.; Béjà, O. EMBO J. 2003, 22, 1725
28. Rusch, D. B.; Halpern, A. L.; Sutton, G.; Heidelberg, K. B.; Williamson, S.; Yooseph, S.; Wu, D.; Eisen, J. A.; Hoffman, J. M.; Remington, K.; Beeson, K.; Tran, B.; Smith, H.; Baden-Tillson, H.; Stewart, C.; Thorpe, J.; Freeman, J.; Andrews-Pfannkoch, C.; Venter, J. E.; Li, K.; Kravitz, S.; Heidelberg, J. F.; Utterback, T.; Rogers, Y. H.; Falc, L. I.; Souza, V.; Bonilla-Rosso, G.; Eguiarte, L. E.; Karl, D. M.; Sathyendranath, S.; Platt, T.; Bermingham, E.; Gallardo, V.; Tamayo-Castillo, G.; Ferrari, M. R.; Strausberg, R. L.; Nealson, K.; Friedman, R.; Frazier, M.; Venter, J. C. PLoS Biol. 2007, 5, e398
29. Sabehi, G.; Béjà, O.; Suzuki, M.; Preston, C.; DeLong, E. F. Environ. Microbiol. 2004, 6, 903
30. Wang, W. W.; Sineshchekov, O. A.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L. J. Biol. Chem. 2003, 278, 33985
31. Hillebrecht, J. R.; Galan, J.; Rangarajan, R.; Ramos, L.; McCleary, K.; Ward, D. E.; Stuart, J. A.; Birge, R. R. Biochemistry 2006, 45, 1579
32. Liang, H.; Whited, G.; Nguyen, C.; Okerlund, A.; Stucky, G. D. Nano Lett. 2007, 8, 333
33. Bergo, V.; Amsden, J. J.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L.; Rothschild, K. J. Biochemistry 2004, 43, 9075
34. Imasheva, E. S.; Balashov, S. P.; Wang, J. M.; Dioumaev, A. K.; Lanyi, J. K. Biochemistry 2004, 43, 1648
35. Oesterhelt, D.; Stoeckenius, W. Methods Enzymol. 1974, 31, 667
36. Ramos, L. S. "Membrane Bound Light-Activated Proteins: Study of the Visual Pigmets and Bacteriorhodopsin Analogs". Ph.D. Thesis, University of Connecticut, CT, 2006.
37. Rudiger, M.; Tittor, J.; Gerwert, K.; Oesterhelt, D. Biochemistry 1997, 36, 4867
38. Beischel, C. J.; Mani, V.; Govindjee, R.; Ebrey, T. G.; Knapp, D. R.; Crouch, R. K. Photochem. Photobiol. 1991, 54, 977
39. Birge, R. R. Annu. Rev. Phys. Chem. 1990, 41, 683
40. Oesterhelt, D.; Bräuchle, C.; Hampp, N. Q. Rev. Biophys. 1991, 24, 425
41. Bräuchle, C.; Hampp, N.; Oesterhelt, D. Adv. Mater. 1991, 3, 420
42. Galisteo, M.; Sanchez-Ruiz, J. Eur. Biophys. J. 1993, 22, 25
43. Birge, R. R.; Gillespie, N. B.; Izaguirre, E. W.; Kusnetzow, A.; Lawrence, A. F.; Singh, D.; Song, Q. W.; Schmidt, E.; Stuart, J. A.; Seetharaman, S.; Wise, K. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 10746
44. Druzhko, A. B.; Zharmukhamedov, S. K. Biochrome film based on some analogues of bacteriorhodopsin. In Photosensitive biological complexes and optical recording of information; Ivanitskiy, G. R.; Vsevolodov, N. N., Eds.; USSR Academy of Sciences, Biological Research Center, Institute of Biological Physics: Pushchino, Russia, 1985; p 119.
45. Bunkin, F. V.; Vsevolodov, N. N.; Druzhko, A. B.; Mitsner, B. I.; Prokhorov, A. M.; Savranskii, V. V.; Tkachenko, N. W.; Shevchenko, T. B. Sov. Tech. Phys. Lett. 1981, 7, 630
46. Vsevolodov, N. N.; Poltoratskii, V. A. Sov. Phys. Tech. Phys. 1985, 30, 1235
47. Hampp, N.; Popp, A.; Braeuchle, C.; Oesterhelt, D. J. Phys. Chem. 1992, 96, 4679
48. Hillebrecht, J.; Koscielecki, J.; Wise, K. J.; Marcy, D. L.; Tetley, W.; Rangarajan, R.; Sullivan, J.; Brideau, M.; Krebs, M. P.; Stuart, J. A.; Birge, R. R. NanoBiotechnology 2005, 1, 141
49. Tittor, J.; Schweiger, U.; Oesterhelt, D.; Bamberg, E. Biophys. J. 1994, 67, 1682
50. Millerd, J. E.; Rohrbacher, A.; Brock, N. J.; Chau, C. K.; Smith, P.; Needleman, R. Opt. Lett. 1999, 24, 1355
51. Tallent, J. R.; Stuart, J. A.; Song, Q. W.; Schmidt, E. J.; Martin, C. H.; Birge, R. R. Biophys. J. 1998, 75, 1619
52. Tallent, J.; Song, Q. W.; Li, L.; Stuart, J. A.; Birge, R. R. Opt. Lett. 1996, 21, 1339
53. Heyn, M. P.; Dudda, C.; Otto, H.; Seiff, F.; Wallat, I. Biochemistry 1989, 28, 9166
54. Wang, J.; Heyes, C. D.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 723
55. Jackson, M.; Sturtevant, J. Biochemistry 1978, 17, 911
56. Muller, J.; Munster, C.; Salditt, T. Biophys. J. 2000, 78, 3208
57. Wang, J.; El-Sayed, M. Biophys. J. 1999, 76, 2777
58. Shen, Y.; Safinya, C. R.; Liang, K. S.; Ruppert, A. F.; Rothschild, K. J. Nature 1993, 366, 48
59. Brouillette, C.; Muccio, D.; Finney, T. Biochemistry 1987, 26, 7431
60. Kresheck, G.; Lin, C.; Williamson, L.; Mason, W.; Jang, D.; El-Sayed, M. J. Photochem. Photobiol. B 1990, 7, 289
61. Sanchez-Ruiz, J. M. Biophys. J. 1992, 61, 921
62. Landin, J. S.; Katragadda, M.; Albert, A. D. Biochemistry 2001, 40, 11176
63. Druzhko, A.; Chamorovsky, S.; Lukashev, E.; Kononenko, A.; Vsevolodov, N. BioSystems 1995, 35, 129
64. Kelemen, B. R.; Du, M.; Jensen, R. B. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1618, 25
65. Giovannoni, S. J.; Bibbs, L.; Cho, J. C.; Stapels, M. D.; Desiderio, R.; Vergin, K. L.; Rappe, M. S.; Laney, S.; Wilhelm, L. J.; Tripp, H. J.; Mathur, E. J.; Barofsky, D. F. Nature 2005, 438, 82
66. Venter, J. C.; Remington, K.; Heidelberg, J. F.; Halpern, A. L.; Rusch, D.; Eisen, J. A.; Wu, D.; Paulsen, I.; Nelson, K. E.; Nelson, W.; Fouts, D. E.; Levy, S.; Knap, A. H.; Lomas, M. W.; Nealson, K.; White, O.; Peterson, J.; Hoffman, J.; Parsons, R.; Baden-Tillson, H.; Pfannkoch, C.; Rogers, Y. H.; Smith, H. O. Science 2004, 304, 66
67. Jung, J. Y.; Choi, A. R.; Lee, Y. K.; Lee, H. K.; Jung, K. H. FEBS Lett. 2008, 582, 1679
68. Spudich, J. L.; Yang, C.-S.; Jung, K.-H.; Spudich, E. N. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2000, 16, 365
69. Sabehi, G.; Loy, A.; Jung, K. H.; Partha, R.; Spudich, J. L.; Isaacson, T.; Hirschberg, J.; Wagner, M.; Béjà, O. PLoS Biol. 2006, 3 e273
70. Wang, W. W.; Sineshchekov, A.; Spudich, E.; Spudich, J. J. Biol. Chem. 2003, 278, 33985
71. Béjà, O.; Aravind, L.; Koonin, E. V.; Suzuki, M. T.; Hadd, A.; Nguyen, L. P.; Jovanovich, S. B.; Gates, C. M.; Feldman, R. A.; Spudich, J. L.; Spudich, E. N.; DeLong, E. F. Science 2000, 289, 1902
72. Sabehi, G.; Loy, A.; Jung, K. H.; Partha, R.; Spudich, J. L.; Isaacson, T.; Hirschberg, J.; Wagner, M.; Béjà, O. PLoS Biol. 2005, 3 e273
73. Martinez, A.; Bradley, A. S.; Waldbauer, J. R.; Summons, R. E.; DeLong, E. F. Proc. Natl. Acad. Sci. 2007, 104, 5590
74. Man-Aharonovich, D.; Sabehi, G.; Sineshchekov, O. A.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L.; Béjà, O. Photochem. Photobiol. Sci. 2004, 3, 459
75. Nianzhi, J.; Fuying, F.; Bo, W. Chin. Sci. Bull. 2006, 51, 889
76. Spudich, J. L. TRENDS Microbiol. 2006, 14, 480
77. Rangarajan, R.; Galan, J. F.; Whited, G.; Birge, R. R. Biochemistry 2007, 46, 12679
78. Kralj, J. M.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L.; Rothschild, K. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11770
79. Amsden, J. J.; Kralj, J. M.; Bergo, V. B.; Spudich, E. N.; Spudich, J. L.; Rothschild, K. J. Biochemistry 2008, 47, 11490
80. Mobley, C. D. Radiative transfer in the ocean. In Encyclopedia of ocean sciences; Steele, J. H., Ed.; Academic Press: Oxford, UK, 2001; Vol. 4, p 2321.
81. DeLong, E. F.; Preston, C. M.; Mincer, T.; Rich, V.; Hallam, S. J.; Frigaard, N. U.; Martinez, A.; Sullivan, M. B.; Edwards, R.; Brito, B. R.; Chisholm, S. W.; Karl, D. M. Science 2006, 311, 496
82. Birge, R.; Fleitz, P.; Gross, R.; Izgi, J.; Lawrence, A.; Stuart, J.; Tallent, J. Spatial light modulators and optical associative memories based on bacteriorhodopsin; Materials Research Society: Boston, MA, 1990.
83. Dracheva, S.; Bose, S.; Hendler, R. W. FEBS Lett. 1996, 382, 209
84. Heyes, C. D.; El-Sayed, M. A. J. Biol. Chem. 2002, 277, 29437
85. Mowery, P. C.; Lozier, R. H.; Chae, Q.; Tseng, Y. W.; Taylor, M.; Stoeckenius, W. Biochemistry 1979, 18, 4100
86. Lörinczi, E.; Verhoefen, M. K.; Wachtveitl, J.; Woerner, A. C.; Glaubitz, C.; Engelhard, M.; Bamberg, E.; Friedrich, T. J. Mol. Biol. 2009, 393, 320
87. Sanz, C.; Marquez, M.; Peralvarez, A.; Elouatik, S.; Sepulcre, F.; Querol, E.; Lazarova, T.; Padros, E. J. Biol. Chem. 2001, 276, 40788
88. Taneva, S. G.; Caaveiro, J. M.; Muga, A.; Goni, F. M. FEBS Lett. 1995, 367, 297
89. Dioumaev, A.; Brown, L.; Shih, J.; Spudich, E.; Spudich, J.; Lanyi, J. Biochemistry 2002, 41, 5348