Primary reactions of bacteriophytochrome observed with ultrafast mid-infrared spectroscopy

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 115, Issue 16, 2011, Pages 3778-3786

  Toh, K C ^a,d   Stojković, Emina A ^b,e   Rupenyan, Alisa B ^a,f   Van Stokkum, Ivo H M ^a   Salumbides, Marian ^a   Groot, Marie Louise ^a   Moffat, Keith ^b,c   Kennis, John T M ^a  

^a VU UNIVERSITY AMSTERDAM   (Netherlands)

^b UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^c UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^d IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

^e NORTHEASTERN ILLINOIS UNIVERSITY   (United States)

^f UNIVERSITY OF AMSTERDAM   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

[CARBONYL; ABSORPTION BAND; BOND STRENGTH; CELLULAR PROCESS; DOUBLE BONDS; EXCITED-STATE DECAY; EXCITED-STATE LIFETIME; FLUORESCENCE PROPERTIES; FLUORESCENCE QUANTUM YIELD; FLUORESCENT MARKERS; FTIR SPECTROSCOPY; HYDROGEN BOND STRENGTH; KEY DETERMINANTS; LIGHT ACTIVATION; LYSINE SIDE CHAINS; MAMMALIAN CELLS; MAMMALIAN TISSUES; MID-INFRARED SPECTROSCOPY; MID-IR SPECTROSCOPY; MIDINFRARED; MUTANT PROTEINS; NEAR-IR; PHOTOCONVERSION; PHOTORECEPTOR PROTEINS; PRIMARY REACTION; TETRAPYRROLES; TIME-RESOLVED; TIME-SCALES; ULTRA-FAST; WILD TYPES; X-RAY STRUCTURE;

AMINO ACIDS; BOND STRENGTH (CHEMICAL); BOND STRENGTH (MATERIALS); CARBONYLATION; CHROMOPHORES; FLUORESCENCE; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; INFRARED DEVICES; MAMMALS; QUANTUM THEORY; QUANTUM YIELD; SPECTROSCOPIC ANALYSIS; TISSUE;

EXCITED STATES;

BILIVERDIN; PHYTOCHROME;

ARTICLE; BINDING SITE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; INFRARED SPECTROPHOTOMETRY; RHODOPSEUDOMONAS;

BILIVERDINE; BINDING SITES; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR STRUCTURE; PHYTOCHROME; RHODOPSEUDOMONAS; SPECTROPHOTOMETRY, INFRARED;

EID: 79955392478     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp106891x     Document Type: Article

References (63)

1. Borthwick, H. A.; Hendricks, S. B.; Parker, M. W.; Toole, E. H.; Toole, V. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1952, 38, 662
2. Butler, W. L.; Norris, K. H.; Siegelman, H. W.; Hendricks, S. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1959, 45, 1703
3. Davis, S. J.; Vener, A. V.; Vierstra, R. D. Science 1999, 286, 2517
4. Hughes, J.; Lamparter, T.; Mittmann, F.; Hartmann, E.; Gartner, W.; Wilde, A.; Borner, T. Nature 1997, 386, 663
5. Lamparter, T.; Michael, N.; Mittmann, F.; Esteban, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 11628
6. Blumenstein, A.; Vienken, K.; Tasler, R.; Purschwitz, J.; Veith, D.; Frankenberg-Dinkel, N.; Fischer, R. Curr. Biol. 2005, 15, 1833
7. Giraud, E.; Zappa, S.; Vuillet, L.; Adriano, J. M.; Hannibal, L.; Fardoux, J.; Berthomieu, C.; Bouyer, P.; Pignol, D.; Vermeglio, A. J. Biol. Chem. 2005, 280, 32389
8. Yang, X.; Kuk, J.; Moffat, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 14715
9. Inomata, K.; Hammam, M. A.; Kinoshita, H.; Murata, Y.; Khawn, H.; Noack, S.; Michael, N.; Lamparter, T. J. Biol. Chem. 2005, 280, 24491
10. Borucki, B.; von Stetten, D.; Seibeck, S.; Lamparter, T.; Michael, N.; Mroginski, M. A.; Otto, H.; Murgida, D. H.; Heyn, M. P.; Hildebrandt, P. J. Biol. Chem. 2005, 280, 34358
11. von Stetten, D.; Seibeck, S.; Michael, N.; Scheerer, P.; Mroginski, M. A.; Murgida, D. H.; Krauss, N.; Heyn, M. P.; Hildebrandt, P.; Borucki, B.; Lamparter, T. J. Biol. Chem. 2007, 282, 2116
12. Shu, X.; Royant, A.; Lin, M. Z.; Aguilera, T. A.; Lev-Ram, V.; Steinbach, P. A.; Tsien, R. Y. Science 2009, 324, 804
13. Drepper, T.; Eggert, T.; Circolone, F.; Heck, A.; Krauss, U.; Guterl, J. K.; Wendorff, M.; Losi, A.; Gartner, W.; Jaeger, K. E. Nat. Biotechnol. 2007, 25, 443
14. Schroder-Lang, S.; Schwarzel, M.; Seifert, R.; Strunker, T.; Kateriya, S.; Looser, J.; Watanabe, M.; Kaupp, U. B.; Hegemann, P.; Nagel, G. Nat. Methods 2007, 4, 39
15. Strickland, D.; Moffat, K.; Sosnick, T. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 10709
16. Wu, Y. I.; Frey, D.; Lungu, O. I.; Jaehrig, A.; Schlichting, I.; Kuhlman, B.; Hahn, K. M. Nature 2009, 461, 104
17. Chapman, S.; Faulkner, C.; Kaiserli, E.; Garcia-Mata, C.; Savenkov, E. I.; Roberts, A. G.; Oparka, K. J.; Christie, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 20038
18. Wagner, J. R.; Brunzelle, J. S.; Forest, K. T.; Vierstra, R. D. Nature 2005, 438, 325
19. Wagner, J. R.; Zhang, J.; Brunzelle, J. S.; Vierstra, R. D.; Forest, K. T. J. Biol. Chem. 2007, 282, 12298
20. Yang, X.; Stojkovic, E. A.; Kuk, J.; Moffat, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 12571
21. Rohmer, T.; Lang, C.; Hughes, J.; Essen, L. O.; Gartner, W.; Matysik, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 15229
22. Andel, F., III; Hansson, K. C.; Gai, F.; Anfinrud, P. A.; Mathies, R. A. Biospectroscopy 1997, 3, 421
23. Heyne, K.; Herbst, J.; Stehlik, D.; Esteban, B.; Lamparter, T.; Hughes, J.; Diller, R. Biophys. J. 2002, 82, 1004
24. van Thor, J. J.; Ronayne, K. L.; Towrie, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 126
25. Dasgupta, J.; Frontiera, R. R.; Taylor, K. C.; Lagarias, J. C.; Mathies, R. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 1784
26. Schumann, C.; Gross, R.; Michael, N.; Lamparter, T.; Diller, R. ChemPhysChem 2007, 8, 1657
27. Toh, K. C.; Stojkovic, E. A.; van Stokkum, I. H. M.; Moffat, K.; Kennis, J. T. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 9170
28. Essen, L. O.; Mailliet, J.; Hughes, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 14709
29. Cornilescu, G.; Ulijasz, A. T.; Cornilescu, C. C.; Markley, J. L.; Vierstra, R. D. J. Mol. Biol. 2008, 383, 403 - 413.
30. Groot, M. L.; van Wilderen, L. J. G. W.; Di Donato, M. Photochem. Photobiol. Sci. 2007, 6, 501
31. Kotting, C.; Gerwert, K. ChemPhysChem 2005, 6, 881
32. Groot, M. L.; van Wilderen, L. J. G. W.; Larsen, D. S.; van der Horst, M. A.; van Stokkum, I. H. M.; Hellingwerf, K. J.; van Grondelle, R. Biochemistry 2003, 42, 10054
33. Herbst, J.; Heyne, K.; Diller, R. Science 2002, 297, 822
34. Heyne, K.; Mohammed, O. F.; Usman, A.; Dreyer, J.; Nibbering, E. T. J.; Cusanovich, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 18100
35. Schumann, C.; Gross, R.; Wolf, M. M. N.; Diller, R.; Michael, N.; Lamparter, T. Biophys. J. 2008, 94, 3189
36. Stoner-Ma, D.; Jaye, A. A.; Matousek, P.; Towrie, M.; Meech, S. R.; Tonge, P. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2864
37. van Thor, J. J.; Ronayne, K. L.; Towrie, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 126
38. van Wilderen, L. J. G. W.; van der Horst, M. A.; van Stokkum, I. H. M.; Hellingwerf, K. J.; van Grondelle, R.; Groot, M. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 15050
39. Bonetti, C.; Mathes, T.; van Stokkum, I. H. M.; Mullen, K. M.; Groot, M. L.; van Grondelle, R.; Hegemann, P.; Kennis, J. T. M. Biophys. J. 2008, 95, 4790
40. Alexandre, M. T. A.; Domratcheva, T.; Bonetti, C.; van Wilderen, L.; van Grondelle, R.; Groot, M. L.; Hellingwerf, K. J.; Kennis, J. T. M. Biophys. J. 2009, 97, 227
41. Kennis, J. T. M.; Groot, M. L. Curr. Opin. Struct. Biol. 2007, 17, 623
42. Schumann, C.; Gross, R.; Michael, N.; Lamparter, T.; Diller, R. ChemPhysChem 2007, 8, 1657
43. Kneip, C.; Hildebrandt, P.; Schlamann, W.; Braslavsky, S. E.; Mark, F.; Schaffner, K. Biochemistry 1999, 38, 15185
44. van Stokkum, I. H. M.; Larsen, D. S.; van Grondelle, R. Biochimica Et Biophysica Acta-Bioenergetics 2004, 1657, 82
45. 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
46. Papagiannakis, E.; Kennis, J. T. M.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6017
47. Gauden, M.; Yeremenko, S.; Laan, W.; van Stokkum, I. H. M.; Ihalainen, J. A.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K. J.; Kennis, J. T. M. Biochemistry 2005, 44, 3653
48. Gauden, M.; Grinstead, J. S.; Laan, W.; van Stokkum, H. M.; Avila-Perez, M.; Toh, K. C.; Boelens, R.; Kaptein, R.; van Grondelle, R.; Hellingwerf, K. J.; Kennis, J. T. M. Biochemistry 2007, 46, 7405
49. Berera, R.; Herrero, C.; van Stokkum, L. H. M.; Vengris, M.; Kodis, G.; Palacios, R. E.; van Amerongen, H.; van Grondelle, R.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Kennis, J. T. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 5343
50. Bonetti, C.; Alexandre, M. T. A.; van Stokkum, I. H. M.; Hiller, R. G.; Groot, M. L.; van Grondelle, R.; Kennis, J. T. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 9256
51. Berera, R.; van Stokkum, I. H. M.; Kodis, G.; Keirstead, A. E.; Pillai, S.; Herrero, C.; Palacios, R. E.; Vengris, M.; van Grondelle, R.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Kennis, J. T. M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6868
52. Berera, R.; van Grondelle, R.; Kennis, J. T. M. Photosynth. Res. 2009, 101, 105
53. Hamm, P. Chem. Phys. 1995, 200, 415
54. Andel, F., 3rd; Lagarias, J. C.; Mathies, R. A. Biochemistry 1996, 35, 15997
55. Wagner, J. R.; Zhang, J.; von Stetten, D.; Gunther, M.; Murgida, D. H.; Mroginski, M. A.; Walker, J. M.; Forest, K. T.; Hildebrandt, P.; Vierstra, R. D. J. Biol. Chem. 2008, 283, 12212
56. Margulies, L.; Toporowics, M. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 7331
57. Smit, K.; Matysik, J.; Hildebrandt, P.; Mark, F. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11887
58. Foerstendorf, H.; Benda, C.; Gartner, W.; Storf, M.; Scheer, H.; Siebert, F. Biochemistry 2001, 40, 14952
59. Piwowarski, P.; Ritter, E.; Hofmann, K. P.; Hildebrandt, P.; von Stetten, D.; Scheerer, P.; Michael, N.; Lamparter, T.; Bartl, F. ChemPhysChem 2010, 11, 1207
60. Toh, K. C.; Stojkovic, E. A.; van Stokkum, I. H. M.; Moffat, K.; Kennis, J. T. M. Manuscript submitted 2010.
61. Wagner, J. R.; Zhang, J. R.; Brunzelle, J. S.; Vierstra, R. D.; Forest, K. T. J. Biol. Chem. 2007, 282, 12298
62. Borucki, B.; von Stetten, D.; Seibeck, S.; Lamparter, T.; Michael, N.; Mroginski, M. A.; Otto, H.; Murgida, D. H.; Heyn, M. P.; Hildebrandt, P. J. Biol. Chem. 2005, 280, 34358
63. van Wilderen, L.; Clark, I. P.; Towrie, M.; van Thor, J. J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 16354