Carotenoid photoprotection in artificial photosynthetic antennas

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 18, 2011, Pages 7007-7015

  Kloz, Miroslav ^b   Pillai, Smitha ^a   Kodis, Gerdenis ^a   Gust, Devens ^a   Moore, Thomas A ^a   Moore, Ana L ^a   Van Grondelle, Rienk ^b   Kennis, John T M ^b  

^a ARIZONA STATE UNIVERSITY   (United States)

^b VU UNIVERSITY AMSTERDAM   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ARTIFICIAL SYSTEMS; CHARGE SEPARATIONS; CONJUGATION LENGTH; DOMINANT MECHANISM; DOUBLE BONDS; ELECTRON TRANSFER; ENERGY TRANSFER PROCESS; ENVIRONMENTAL EFFECTS; EXCITONIC COUPLING; FEMTOSECOND PUMPS; GLOBAL FITTING; INHOMOGENEITIES; INTERNAL CONVERSIONS; MOLECULAR ARCHITECTURE; NON-POLAR SOLVENTS; PHOTO-INDUCED ELECTRON TRANSFER; PHOTOPROTECTION; PHOTOSYNTHETIC SYSTEMS; POLAR SOLVENTS; Q STATE; QUENCHING MECHANISMS; QUENCHING RATE; RADICAL SPECIES; RISETIMES; SINGLET EXCITED STATE; SOLVENT ENVIRONMENTS; SPECTROSCOPIC SIGNATURES; SYNTHETIC SYSTEMS; TETRAPYRROLES; TRANSIENT BEHAVIOR; VISIBLE AND NEAR INFRARED;

ELECTRON TRANSITIONS; ENERGY TRANSFER; EXCITED STATES; FREE RADICAL REACTIONS; GROUND STATE; NITROGEN COMPOUNDS; ORGANIC SOLVENTS; QUANTUM THEORY; QUENCHING; TOLUENE;

PIGMENTS;

CAROTENOID; PHTHALOCYANINE; TOLUENE;

ANTENNA; ARTICLE; ELECTRON TRANSPORT; ENERGY TRANSFER; NEAR INFRARED SPECTROSCOPY; PHOTOSYNTHESIS;

CAROTENOIDS; ELECTRON TRANSPORT; ENERGY TRANSFER; EVOLUTION, MOLECULAR; INDOLES; PHOTOSYNTHESIS; TETRAPYRROLES; TOLUENE;

EID: 79955687917     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja1103553     Document Type: Article

References (72)

1. Abbreviations: EADS, evolution-associated difference spectrum; DADS, decayassociated difference spectrum; Pc, phthalocyanine; Car, carotenoid; NPQ, nonphotochemical quenching.
2. Horton, P.; Ruban, A. V.; Walters, R. G. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1996, 47, 655-684.
3. Niyogi, K. K. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1999, 50, 333-359.
4. Cogdell, R. J.; Monger, T. G.; Parson, W. W. Biochim. Biophys. Acta 1975, 408, 189-199.
5. Truscott, T. G.; Land, E. J.; Sykes, A. Photochem. Photobiol. 1973, 17, 43-51.
6. Ahn, T. K.; Avenson, T. J.; Ballottari, M.; Cheng, Y. C.; Niyogi, K. K.; Bassi, R.; Fleming, G. R. Science 2008, 320, 794-797.
7. Amarie, S.; Standfuss, J.; Barros, T.; Kuhlbrandt, W.; Dreuw, A.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 3481-3487.
8. Avenson, T. J.; Ahn, T. K.; Niyogi, K. K.; Ballottari, M.; Bassi, R.; Fleming, G. R. J. Biol. Chem. 2009, 284, 2830-2835.
9. Avenson, T. J.; Ahn, T. K.; Zigmantas, D.; Niyogi, K. K.; Li, Z.; Ballottari, M.; Bassi, R.; Fleming, G. R. J. Biol. Chem. 2008, 283, 3550-3558.
10. Berera, R.; van Grondelle, R.; Kennis, J. Photosynth. Res. 2009, 101, 105-118.
11. 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.
12. Holt, N. E.; Zigmantas, D.; Valkunas, L.; Li, X.-P.; Niyogi, K. K.; Fleming, G. R. Science 2005, 307, 433-436.
13. 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.
14. Standfuss, R.; van Scheltinga, A. C. T.; Lamborghini, M.; Kuhlbrandt, W. EMBO J. 2005, 24, 919-928.
15. Valkunas, L.; van Stokkum, I. H. M.; Berera, R.; van Grondelle, R. Chem. Phys. 2009, 357, 17-20.
16. Olaizola, M.; Laroche, J.; Kolber, Z.; Falkowski, P. G. Photosynth. Res. 1994, 41, 357-370.
17. Ruban, A. V.; Lavaud, J.; Rousseau, B.; Guglielmi, G.; Horton, P.; Etienne, A. L. Photosynth. Res. 2004, 82, 165-175.
18. Lohr, M.; Wilhelm, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 8784-8789.
19. Berera, R.; van Stokkum, I. H. M.; d'Haene, S.; Kennis, J. T. M.; van Grondelle, R.; Dekker, J. P. Biophys. J. 2009, 96, 2261-2267.
20. Wilson, A.; Boulay, C.; Wilde, A.; Kerfeld, C. A.; Kirilovsky, D. Plant Cell 2007, 19, 656-672.
21. Boulay, C.; Abasova, L.; Six, C.; Vass, I.; Kirilovsky, D. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2008, 1777, 1344-1354.
22. Wilson, A.; Punginelli, C.; Gall, A.; Bonetti, C.; Alexandre, M.; Routaboul, J. M.; Kerfeld, C. A.; van Grondelle, R.; Robert, B.; Kennis, J. T. M.; Kirilovsky, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 12075-12080.
23. Berera, R.; Herrero, C.; van Stokkum, I. 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, 5343-5348.
24. Zigmantas, D.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Frank, H. A.; Sundstrom, V.; Polivka, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 3009-3016.
25. van Stokkum, I. H. M.; Papagiannakis, E.; Vengris, M.; Salverda, J. M.; Polivka, T.; Zigmantas, D.; Larsen, D. S.; Lampoura, S. S.; Hiller, R. G.; van Grondelle, R. Chem. Phys. 2009, 357, 70-78.
26. Zigmantas, D.; Hiller, R. G.; Sundstrom, V.; Polivka, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 16760-16765.
27. Ruban, A. V.; Lee, P. J.; Wentworth, M.; Young, A. J.; Horton, P. J. Biol. Chem. 1999, 274, 10458-10465.
28. Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Devadoss, C.; Liddell, P. A.; Hermant, R.; Nieman, R. A.; Demanche, L. J.; Degraziano, J. M.; Gouni, I. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3590-3603.
29. Maya, E. M.; Vazquez, P.; Torres, T. Chem.-Eur. J. 1999, 5, 2004-2013.
30. Wolfe, J. P.; Buchwald, S. L. J. Org. Chem. 2000, 65, 1144-1157.
31. Sytina, O. A.; Heyes, D. J.; Hunter, C. N.; Alexandre, M. T.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R.; Groot, M. L. Nature 2008, 456, 1001-1004.
32. Mullen, K. M.; van Stokkum, I. H. M. J. Stat. Software 2007, 18.
33. van Stokkum, I. H. M.; Larsen, D. S.; van Grondelle, R. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2004, 1657, 82-104.
34. 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, 6868-6877.
35. 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, 9256-9266.
36. 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, 4790-4802.
37. 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, 2364-2369.
38. Kennis, J. T. M.; Groot, M. L. Curr. Opin. Struct. Biol. 2007, 17, 623-630.
39. 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, 6017-6022.
40. 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, 9170-9175.
41. Kodis, G.; Herrero, C.; Palacios, R.; Marino-Ochoa, E.; Gould, S.; de la Garza, L.; van Grondelle, R.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Kennis, J. T. M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 414-425.
42. Savolainen, J.; van der Linden, D.; Dijkhuizen, N.; Herek, J. L. J. Photochem. Photobiol., A 2008, 196, 99-105.
43. Bishop, S. M.; Beeby, A.; Parker, A. W.; Foley, M. S. C.; Phillips, D. J. Photochem. Photobiol., A 1995, 90, 39-44.
44. Jailaubekov, A. E.; Song, S. H.; Vengris, M.; Cogdell, R. J.; Larsen, D. S. Chem. Phys. Lett. 2011, 487, 101-107.
45. Niedzwiedzki, D.; Koscielecki, J. F.; Cong, H.; Sullivan, J. O.; Gibson, G. N.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5984-5998.
46. Polivka, T.; Sundstrom, V. Chem. Rev. 2004, 104, 2021-2071.
47. Wohlleben, W.; Buckup, T.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J.; Herek, J. L.; Motzkus, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3320-3325.
48. Papagiannakis, E.; Das, S. K.; Gall, A.; van Stokkum, I. H. M.; Robert, B.; van Grondelle, R.; Frank, H. A.; Kennis, J. T. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5642-5649.
49. Polívka, T.; Sundstrom, V. Chem. Rev. 2004, 104, 2021-2072.
50. Billsten, H. H.; Zigmantas, D.; Sundstrom, V.; Polivka, T. Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 465-470.
51. de Weerd, F. L.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2002, 354, 38-43.
52. Andersson, P. O.; Bachilo, S. M.; Chen, R.-L.; Gillbro, T. ChemInform 1995, 99, 16199-16209.
53. van Amerongen, H.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2000, 105, 604-617.
54. Van Amerongen, H.; Valkunas, L.; Van Grondelle, R. Photosynthetic Excitons; World Scientific Publisher Co.: Singapore, 2000.
55. Walla, P. J.; Linden, P. A.; Hsu, C. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 10808-10813.
56. Walla, P. J.; Linden, P. A.; Ohta, K.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1909-1916.
57. Walla, P. J.; Yom, J.; Krueger, B. P.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4799-4806.
58. Zhang, J. P.; Fujii, R.; Qian, P.; Inaba, T.; Mizoguchi, T.; Koyama, Y.; Onaka, K.; Watanabe, Y.; Nagae, H. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3683-3691.
59. Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5378-5386.
60. Frahmcke, J. S.; Walla, P. J. Chem. Phys. Lett. 2006, 430, 397-403.
61. Hsu, C. P.; Walla, P. J.; Head-Gordon, M.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 11016-11025.
62. Damjanovic, A.; Ritz, T.; Schulten, K. Phys. Rev. E 1999, 59, 3293-3311.
63. Palacios, R. E.; Kodis, G.; Herrero, C.; Ochoa, E. M.; Gervaldo, M.; Gould, S. L.; Kennis, J. T. M.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25411-25420.
64. Fuciman, M.; Chabera, P.; Zupcanova, A.; Hribek, P.; Arellano, J. B.; Vacha, F.; Psencik, J.; Polivka, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 3112-3120.
65. Takamitsu, F.; Shigetsugu, H.; Nagao, K. Chem.--Eur. J. 2005, 11, 5205-5216.
66. Getoff, N. Radiat. Phys. Chem. 1999, 55, 395-398.
67. Nyokong, T.; Gasyna, Z.; Stillman, M. J. Inorg. Chem. 1987, 26, 548-553.
68. Fungo, F.; Otero, L.; Durantini, E.; Thompson, W. J.; Silber, J. J.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D.; Sereno, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 469-475.
69. Fungo, F.; Otero, L.; Durantini, E. N.; Silber, J. J.; Sereno, L.; Marino-Ochoa, E.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4783-4790.
70. Visoly-Fisher, I.; Daie, K.; Terazono, Y.; Herrero, C.; Fungo, F.; Otero, L.; Durantini, E.; Silber, J. J.; Sereno, L.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Lindsay, S. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 8686-8690.
71. Fukuzumi, S.; Ohkubo, K.; Ortiz, J.; Gutierrez, A.M.; Fernandez- Lazaro, F.; Sastre-Santos, A. n. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10744-10752.
72. Ogunsipe, A.; Nyokong, T. J. Mol. Struct. 2004, 689, 89-97.