Ab inito study on triplet excitation energy transfer in photosynthetic light-harvesting complexes

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 115, Issue 16, 2011, Pages 4092-4100

  You, Zhi Qiang ^a,b,c   Hsu, Chao Ping ^b  

^a ACADEMIA SINICA   (Taiwan)

^b INSTITUTE OF CHEMISTRY   (Taiwan)

^c NATIONAL TSING HUA UNIVERSITY   (Taiwan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB-INITO; CAROTENOID TRIPLET STATE; CHLOROPHYLL A; COMPUTATIONAL SCHEMES; CONJUGATION LENGTH; DIFFERENCE SCHEMES; ELECTRONIC COUPLING; ENERGY DIFFERENCES; LIGHT-HARVESTING COMPLEX; LIGHT-HARVESTING COMPLEX II; NEIGHBORING MOLECULES; PERIDININ; PHOTOPHYSICS; PHOTOPROTECTION; PHOTOSYNTHETIC LIGHT; RHODOPSEUDOMONAS ACIDOPHILA; THEORETICAL LIMITS; TRIPLET ENERGY TRANSFER; TRIPLET EXCITATION; TRIPLET EXCITONS; TRIPLET QUENCHING;

CHLOROPHYLL; COUPLINGS; ENERGY TRANSFER; EXCITONS; HARVESTING; QUENCHING;

ENERGY HARVESTING;

CAROTENOID; CHLOROPHYLL; CHLOROPHYLL A; PERIDININ;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; ENERGY TRANSFER; LIGHT HARVESTING SYSTEM; METABOLISM; QUANTUM THEORY; X RAY CRYSTALLOGRAPHY;

CAROTENOIDS; CHLOROPHYLL; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; ENERGY TRANSFER; LIGHT-HARVESTING PROTEIN COMPLEXES; MODELS, MOLECULAR; QUANTUM THEORY;

EID: 79955456257     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp200200x     Document Type: Article

References (83)

1. Griffiths, M.; Sistrom, W. R.; Cohen-Bazire, G.; Stanier, R. Y. Nature 1955, 176, 1211-1214
2. Krinsky, N. I. Philos. Trans. R. Soc., B 1978, 284, 581-590
3. Cogdell, R. J.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1987, 895, 63-79
4. Fraser, N. J.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J. Photosynth. Res. 2001, 70, 249-256
5. Cogdell, R. J.; Hipkins, M. F.; MacDonald, W.; Truscott, T. G. Biochim. Biophys. Acta 1981, 634, 191-202
6. Nagae, H.; Kakitani, T.; Katoh, T.; Mimuro, M. J. Chem. Phys. 1993, 98, 8012-8023
7. Damjanović, A.; Ritz, T.; Schulten, K. Phys. Rev. E 1999, 59, 3293-3311
8. Damjanović, A.; Ritz, T.; Schulten, K. Biophys. J. 2000, 79, 1695-1705
9. Bittl, R.; Schlodder, E.; Geisenheimer, I.; Lubitz, W.; Cogdell, R. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 5525-5535
10. Di Valentin, M.; Ceola, S.; Salvadori, E.; Agostini, G.; Carbonera, D. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 186-195
11. Dexter, D. L. J. Chem. Phys. 1953, 21, 836-850
12. Harcourt, R. D.; Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1994, 101, 10521-10525
13. Scholes, G. D.; Harcourt, R. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1995, 102, 9574-9581
14. Harcourt, R. D.; Ghiggino, K. P.; Scholes, G. D.; Speiser, S. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1897-1901
15. You, Z.-Q.; Hsu, C.-P. J. Chem. Phys. 2010, 133, 074105
16. Curutchet, C.; Voityuk, A. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 1820-1822
17. Cogdell, R. J.; Howard, T. D.; Bittl, R.; Schlodder, E.; Geisenheimer, I.; Lubitz, W. Philos. Trans. R. Soc., B 2000, 355, 1345-1349
18. Bautista, J. A.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Gosztola, D.; Wasielewski, M.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2267-2273
19. Di Valentin, M.; Ceola, S.; Agostini, G.; Giacometti, G. M.; Angerhofer, A.; Crescenzi, O.; Barone, V.; Carbonera, D. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 295-307
20. Limantara, L.; Fujii, R.; Zhang, J.-P.; Kakuno, T.; Hara, H.; Kawamori, A.; Yagura, T.; Cogdell, R. J.; Koyama, Y. Biochemistry 1998, 37, 17469-17486
21. Rondonuwu, F. S.; Taguchi, T.; Fujii, R.; Yokoyama, K.; Koyama, Y.; Watanabe, Y. Chem. Phys. Lett. 2004, 384, 364-371
22. Alexandre, M. T. A.; Lührs, D. C.; van Stokkum, I. H. M.; Hiller, R.; Groot, M.-L.; Kennis, J. T. M.; van Grondelle, R. Biophys. J. 2007, 93, 2118-2128
23. Bonetti, C.; Alexandre, M. T. A.; Hiller, R. G.; Kennis, J. T. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. 2009, 357, 63-69
24. Monger, T. G.; Cogdell, R. J.; Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1976, 449, 136-153
25. Zimmermann, J.; Linden, P. A.; Vaswani, H. M.; Hiller, R. G.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9418-9423
26. Bautista, J. A.; Connors, R. E.; Raju, B. B.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8751-8758
27. Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Josue, J.; Pendon, Z.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4569-4577
28. Vaswani, H. M.; Hsu, C.-P.; Head-Gordon, M.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7940-7946
29. Di Valentin, M.; Ceola, S.; Salvadori, E.; Agostini, G.; Giacometti, G. M.; Carbonera, D. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 1355-1363
30. Di Valentin, M.; Salvadori, E.; Ceola, S.; Carbonera, D. Appl. Magn. Reson. 2010, 37, 191-205
31. Hofmann, E.; Wrench, P. M.; Sharples, F. P.; Hiller, R. G.; Welte, W.; Diederichs, K. Science 1996, 272, 1788-1791
32. Koepke, J.; Hu, X.; Muenke, C.; Schulten, K.; Michel, H. Structure 1996, 4, 581-597
33. McDermott, G.; Prince, S. M.; Freer, A. A.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Papiz, M. Z.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. Nature 1995, 374, 517-521
34. Fleming, G. R.; van Grondelle, R. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 738-748
35. Cheng, Y. C.; Silbey, R. J. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 028103
36. Prince, S. M.; Papiz, M. Z.; Freer, A. A.; McDermott, G.; Hawthornthwaite-Lawless, A. M.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. J. Mol. Biol. 1997, 268, 412-423
37. Papiz, M. Z.; Prince, S. M.; Howard, T.; Cogdell, R. J.; Isaacs, N. W. J. Mol. Biol. 2003, 326, 1523-1538
38. Carbonera, D.; Giacometti, G.; Segre, U.; Angerhofer, A.; Gross, U. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6357-6362
39. Dirac, P. A. M. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1927, 114, 243-265
40. Lin, S. H. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1973, 335, 51-66
41. Förster, T. Ann. Phys. (Leipzig) 1948, 2, 55-75
42. Lin, S. H. Theor. Chim. Acta 1968, 10, 301-310
43. Lax, M. J. Chem. Phys. 1952, 20, 1752-1760
44. Yersin, H.; Otto, H.; Zink, J. I.; Gliemann, G. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 951-955
45. Caspar, J. V.; Westmoreland, T. D.; Allen, G. H.; Bradley, P. G.; Meyer, T. J.; Woodruff, W. H. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 3492-3500
46. Huang, K.; Rhys, A. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1950, 204, 406-423
47. Murtaza, Z.; Zipp, A. P.; Worl, L. A.; Graff, D.; Jones, W. E., Jr.; Bates, W. D.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 5113-5114
48. Murtaza, Z.; Graff, D. K.; Zipp, A. P.; Worl, L. A.; Jones, W. E., Jr.; Bates, W. D.; Meyer, T. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10504-10513
49. Liang, Y. Y.; Baba, A. I.; Kim, W. Y.; Atherton, S. J.; Schmehl, R. H. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18408-18414
50. Christensen, R. L. In The Photochemistry of Carotenoids; Frank, H. A.; Young, A. J.; Nritton, G.; Cogdell, R. J., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1999; pp 137 - 159.
51. Hudson, B. S.; Kohler, B. E.; Schulten, K. In Excited States; Lim, E. C., Ed.; Academic Press: New York, 1982; Vol. 6; pp 1 - 95.
52. Georgakopoulou, S.; van Grondelle, R.; van der Zwan, G. Biophys. J. 2004, 87, 3010-3022
53. Billsten, H. H.; Herek, J. L.; Garcia-Asua, G.; Hashøj, L.; Polívka, T.; Hunter, C. N.; Sundström, V. Biochemistry 2002, 41, 4127-4136
54. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Herek, J. L.; He, Z.; Pascher, T.; Pullerits, T.; Cogdell, R. J.; Frank, H. A.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 11016-11025
55. Neverov, K. V.; Krasnovsky, A. A., Jr. Biofizika 2004, 49, 493-498
56. Kleima, F. J.; Wendling, M.; Hofmann, E.; Peterman, E. J. G.; van Grondelle, R.; van Amerongen, H. Biochemistry 2000, 39, 5184-5195
57. Polívka, T.; Hiller, R. G.; Frank, H. A. Arch. Biochem. Biophys. 2007, 458, 111-120
58. Cave, R. J.; Newton, M. D. Chem. Phys. Lett. 1996, 249, 15-19
59. Voityuk, A. A.; Rösch, N. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5607-5616
60. Hsu, C.-P.; You, Z.-Q.; Chen, H.-C. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1204-1212
61. Subotnik, J. E.; Vura-Weis, J.; Sodt, A. J.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8665-8675
62. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
63. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
64. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623-11627
65. Mao, L.; Wang, Y.; Hu, X. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3963-3971
66. Shao, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172-3191
67. MATLAB, version 7.9.0; The MathWorks, Inc.: Natick, MA, 2009.
68. You, Z.-Q.; Hsu, C.-P.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 2006, 124, 044506
69. Schweitzer, C.; Schmidt, R. Chem. Rev. 2003, 103, 1685-1758
70. Farhoosh, R.; Chynwat, V.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J.; Frank, H. Photosynth. Res. 1994, 42, 157-166
71. Jacquemin, D.; Perpète, E. A.; Ciofini, I.; Adamo, C. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 1532-1537
72. Silva-Junior, M. R.; Schreiber, M.; Sauer, S. P. A.; Thiel, W. J. Chem. Phys. 2008, 129, 104103
73. Grimme, S.; Neese, F. J. Chem. Phys. 2007, 127, 154116
74. Cui, G.; Yang, W. Mol. Phys. 2010, 108, 2745-2750
75. Nguyen, K. A.; Kennel, J.; Pachter, R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 7128-7136
76. Sundholm, D. Chem. Phys. Lett. 2000, 317, 392-399
77. Sundholm, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 2275-2281
78. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
79. Jimenez, R.; Dikshit, S. N.; Bradforth, S. E.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6825-6834
80. Kennis, J. T. M.; Streltsov, A. M.; Permentier, H.; Aartsma, T. J.; Amesz, J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 8369-8374
81. Sundström, V.; Pullerits, T.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2327-2346
82. Trautman, J. K.; Shreve, A. P.; Violette, C. A.; Frank, H. A.; Owens, T. G.; Albrecht, A. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 215-219
83. Kaligotla, S.; Doyle, S.; Niedzwiedzki, D. M.; Hasegawa, S.; Kajikawa, T.; Katsumura, S.; Frank, H. Photosynth. Res. 2010, 103, 167-174