Reaction kinetics and mechanism of magnetic field effects in cryptochrome

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 3, 2012, Pages 1089-1099

  Solov'yov, Ilia A ^a   Schulten, Klaus ^a  

^a UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANIMALS; ASSOCIATION REACTIONS; BIOMAGNETISM; FREE RADICAL REACTIONS; GEOMAGNETISM; REACTION KINETICS;

ANALYSIS METHOD; BIOPHYSICAL PROPERTIES; CRYPTOCHROMES; DYNAMIC DESIGN; EARTH'S MAGNETIC FIELD; GEOMAGNETIC FIELDS; KINETICS AND MECHANISM; MAGNETORECEPTOR; OPTIMAL DETECTION; RADICAL PAIR; REACTION CYCLES; THEORETICAL STUDY; TRANSIENT ABSORPTION;

MAGNETIC FIELD EFFECTS;

EID: 84856368260     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp209508y     Document Type: Article

References (109)

1. Mouritsen, H.; Ritz, T. Curr. Opin. Neurobiol. 2005, 15, 406-414
2. Wiltschko, R.; Wiltschko, W. BioEssays 2006, 28, 157-168
3. Solov'yov, I. A.; Schulten, K.; Greiner, W. Phys. J. 2010, 9, 23-28
4. Wiltschko, W.; Wiltschko, R. Science 1972, 176, 62-64
5. Merkel, F.; Wiltschko, W. Vogelwarte 1965, 23, 71-77
6. Freire, R.; Munro, U.; Rogers, L. J.; Sagasser, S.; Wiltschko, R.; Wiltschko, W. Animal Cognition 2008, 11, 547-552
7. Voss, J.; Keary, N.; Bischof, H. NeuroReport 2007, 18, 1053-1057
8. Keeton, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1971, 68, 102-106
9. Wiltschko, W.; Wiltschko, R. Nature 1981, 291, 433-434
10. Wiltschko, W.; Wiltschko, R. Naturwissenschaften 1998, 85, 164-167
11. Fleissner, G.; Stahl, B.; Thalau, P.; Falkenberg, G.; Fleissner, G. Naturwissenschaften 2007, 94, 631-642
12. Solov'yov, I. A.; Greiner, W. Biophys. J. 2007, 93, 1493-1509
13. Solov'yov, I. A.; Greiner, W. Eur. Phys. J. D 2009, 51, 161-172
14. Solov'yov, I. A.; Greiner, W. Phys. Rev. E 2009, 80, 041919-1-10
15. Kirschvink, J. L.; Walker, M. M.; Diebel, C. E. Curr. Opin. Neurobiol. 2001, 11, 462-467
16. Falkenberg, G.; Fleissner, G.; Schuchardt, K.; Kuehbacher, M.; Thalau, P.; Mouritsen, H.; Heyers, D.; Wellenreuther, G.; Fleissner, G. PLoS One 2010, 5, e9231
17. Wiltschko, W.; Munro, U.; Ford, H.; Wiltschko, R. Nature 1993, 364, 525-527
18. Wiltschko, W.; Wiltschko, R. J. Exp. Biol. 2001, 204, 3295-3302
19. Wiltschko, W.; Möller, A.; Gesson, M.; Noll, C.; Wiltschko, R. J. Exp. Biol. 2004, 207, 1193-1202
20. Muheim, R.; Bäckman, J.; Åkesson, S. J. Exp. Biol. 2002, 205, 3845-3856
21. Wiltschko, R.; Munro, U.; Ford, H.; Stapput, K.; Wiltschko, W. J. Exp. Biol. 2008, 211, 3344-3350
22. Schulten, K.; Swenberg, C. E.; Weller, A. Z. Phys. Chem. 1978, NF111, 1-5
23. Ritz, T.; Adem, S.; Schulten, K. Biophys. J. 2000, 78, 707-718
24. Solov'yov, I. A.; Chandler, D.; Schulten, K. Biophys. J. 2007, 92, 2711-2726
25. Solov'yov, I. A.; Schulten, K. Biophys. J. 2009, 96, 4804-4813
26. Solov'yov, I. A.; Mouritsen, H.; Schulten, K. Biophys. J. 2010, 99, 40-49
27. Rodgers, C. T.; Hore, P. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 353-360
28. Salikhov, K.; Molin, Y.; Sagdeev, R.; Buchanenko, A. Spin Polarization and Magnetic Field Effects in Radical Reactions; Elsevier: Budapest, Hungary, 1984; Vol. 22.
29. Steiner, U.; Ulrich, T. Chem. Rev. 1989, 89, 51-147
30. Beason, R.; Semm, P. J. Exp. Biol. 1996, 199, 1241-1244
31. Wiltschko, W.; Munro, U.; Ford, H.; Wiltschko, R. Proc. R. Soc. Lond. B. 2009, 276, 2227-223
32. Wiltschko, W.; Munro, U.; Beason, R.; Ford, H.; Wiltschko, R. Experientia 1994, 50, 679-700
33. Zapka, M.; Heyers, D.; Hein, C. M.; Engels, S.; Schneider, N.-L.; Hans, J.; Weiler, S.; Dreyer, D.; Kishkinev, D.; Wild, J. M.; Mouritsen, H. Nature 2009, 461, 1274-1277
34. Schulten, K.; Weller, A. Biophys. J. 1978, 24, 295-305
35. Schulten, K.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 1978, 68, 3292-3297
36. Schulten, K. In Biological Effects of Static and Extremely Low Frequency Magnetic Fields; Bernhard, J. H., Ed.; MMV Medizin Verlag: Munich, Germany, 1986; pp 133-140.
37. Schulten, K.; Staerk, H.; Weller, A.; Werner, H.-J.; Nickel, B. Z. Phys. Chem. 1976, NF101, 371-390
38. Schulten, K. J. Chem. Phys. 1984, 80, 3668-3679
39. Werner, H.-J.; Schulten, K.; Weller, A. Biochim. Biophys. Acta 1978, 502, 255-268
40. Thalau, P.; Ritz, T.; Stapput, K.; Wiltschko, R.; Wiltschko, W. Naturwissenschaften 2005, 92, 86-90
41. Keary, N.; Ruploh, T.; Voss, J.; Thalau, P.; Wiltschko, R.; Wiltschko, W.; Bischof, H.-J. Front. Zool. 2009, 6, 25
42. Ritz, T.; Thalau, P.; Phillips, J. B.; Wiltschko, R.; Wiltschko, W. Nature 2004, 429, 177-180
43. Ritz, T.; Wiltschko, R.; Hore, P.; Rodgers, C. T.; Stapput, K.; Thalau, P.; Timmel, C. R.; Wiltschko, W. Biophys. J. 2009, 96, 3451-3457
44. Wiltschko, R.; Stapput, K.; Ritz, T.; Thalau, P.; Wiltschko, W. HFSP J. 2007, 1, 41-48
45. Solov'yov, I. A.; Chandler, D. E.; Schulten, K. Plant Signaling Behavior 2008, 3, 676-677
46. Cintolesi, F.; Ritz, T.; Kay, C.; Timmel, C.; Hore, P. Chem. Phys. 2003, 294, 707-718
47. Maeda, K.; Henbest, K. B.; Cintolesi, F.; Kuprov, I.; Rodgers, C. T.; Liddell, P. A.; Gust, D.; Timmel, C. R.; Hore, P. J. Nature 2008, 453, 387-390
48. Ahmad, M.; Cashmore, A. R. Plant Mol. Biol. 1996, 30, 851-861
49. Cashmore, A. R.; Jarillo, J. A.; Wu, Y.-J.; Liu, D. Science 1999, 284, 760-765
50. Sancar, A. Chem. Rev. 2003, 103, 2203-2237
51. Ahmad, M.; Cashmore, A. Nature 1993, 366, 162-166
52. Lin, C.; Todo, T. Gen. Biol. 2005, 6, 220.1-220.9
53. Partch, C. L.; Sancar, A. Methods Enzymol. 2005, 393, 726-745
54. Christie, J. M.; Briggs, W. R. J. Biol. Chem. 2001, 276, 11457-11460
55. Liedvogel, M.; Maeda, K.; Henbest, K.; Schleicher, E.; Simon, T.; Timmel, C. R.; Hore, P.; Mouritsen, H. PLoS One 2007, 2, e1106
56. Biskup, T.; Schleicher, E.; Okafuji, A.; Link, G.; Hitomi, K.; Getzoff, E. D.; Weber, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 404-407
57. Kao, Y.-T.; Tan, C.; Song, S.-H.; Öztürk, N.; Li, J.; Wang, L.; Sancar, A.; Zhong, D. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7695-7701
58. Prytkova, T. R.; Beratan, D. N.; Skourtis, S. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 802-807
59. Henbest, K. B.; Maeda, K.; Hore, P. J.; Joshi, M.; Bacher, A.; Bittl, R.; Weber, S.; Timmel, C. R.; Schleicher, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 14395-14399
60. Byrdin, M.; Eker, A. P.; Vos, M. H.; Brettel, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 8676-8681
61. Gindt, Y. M.; Vollenbroek, E.; Westphal, K.; Sackett, H.; Sancar, A.; Babcock, G. T. Biochem. 1999, 38, 3857-3866
62. Aubert, C.; Mathis, P.; Eker, A. P.; Brettel, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 5423-5427
63. Aubert, C.; Vos, M. H.; Mathis, P.; Eker, A. P.; Brettel, K. Nature 2000, 405, 586-590
64. Mouritsen, H.; Janssen-Bienhold, U.; Liedvogel, M.; Feenders, G.; Stalleicken, J.; Dirks, P.; Weiler, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 14294-14299
65. Möller, A.; Sagasser, S.; Wiltschko, W.; Schierwater, B. Naturwissenschaften 2004, 91, 585-588
66. Liedvogel, M.; Mouritsen, H. J. R. Soc. Interface 2010, 7, S147-S162
67. Nießner, C.; Denzau, S.; Gross, J. C.; Peichl, L.; Bischof, H.-J.; Fleissner, G.; Wiltschko, W.; Wiltschko, R. PLoS ONE 2011, 6, e20091
68. Mouritsen, H.; Feenders, G.; Liedvogel, M.; Wada, K.; Jarvis, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 8339-8344
69. Liedvogel, M.; Feenders, G.; Wada, K.; Troje, N.; Jarvis, E.; Mouritsen, H. Eur. J. Neurosci. 2007, 25, 1166-1173
70. Feenders, G.; Liedvogel, M.; Rivas, M.; Zapka, M.; Horita, H.; Hara, E.; Wada, K.; Mouritsen, H.; Jarvis, E. PLoS One 2008, 3, e1768
71. Heyers, D.; Manns, M.; Luksch, H.; Güntürkün, O.; Mouritsen, H. PLoS One 2007, 2, e937
72. Hein, C. M.; Zapka, M.; Heyers, D.; Kutzschbauch, S.; Schneider, N.-L.; Mouritsen, H. J. R. Soc. Interface 2010, 7, S227-S233
73. Wiltschko, W.; Traudt, J.; Güntürkün, O.; Prior, H.; Wiltschko, R. Nature 2002, 419, 467-470
74. Hein, C. M.; Engels, S.; Kishkinev, D.; Mouritsen, H. Nature 2011, 471, E11-E12
75. Wiltschko, W.; Traudt, J.; Güntürkün, O.; Prior, H.; Wiltschko, R. Nature 2011, 471, E12-E13
76. Stapput, K.; Güntürkün, O.; Hoffmann, K.-P.; Wiltschko, R.; Wiltschko, W. Curr. Biol. 2010, 20, 1259-1262
77. Bouly, J.-P.; Schleicher, E.; Dionisio-Sese, M.; Vandenbussche, F.; Van Der Straeten, D.; Bakrim, N.; Meier, S.; Batschauer, A.; Galland, P.; Bittl, R.; Ahmad, M. J. Biol. Chem. 2007, 282, 9383-9391
78. Giovani, B.; Byrdin, M.; Ahmad, M.; Brettel, K. Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 489-490
79. Hoang, N.; Schleicher, E.; Kacprzak, S.; Bouly, J.-P.; Picot, M.; Wu, W.; Berndt, A.; Wolf, E.; Bittl, R.; Ahmad, M. PLoS Biol. 2008, 6, 1559-1569
80. Shirdel, J.; Zirak, P.; Penzkofer, A.; Breitkreuz, H.; Wolf, E. Chem. Phys. 2008, 352, 35-47
81. Brautigam, C. A.; Smith, B. S.; Ma, Z.; Palnitkar, M.; Tomchick, D. R.; Machius, M.; Deisenhofer, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 12142-12147
82. Pokorny, R.; Klar, T.; Hennecke, U.; Carell, T.; Batschauer, A.; Essen, L.-O. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 21023-21027
83. Banerjee, R.; Schleicher, E.; Meier, S.; Viana, R. M.; Pokorny, R.; Ahmad, M.; Bittl, R.; Batschauer, A. J. Biol. Chem. 2007, 282, 14916-14922
84. Langenbacher, T.; Immeln, D.; Dick, B.; Kottke, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14274-14280
85. Zeugner, A.; Byrdin, M.; Bouly, J.-P.; Bakrim, N.; Giovani, B.; Brettel, K.; Ahmad, M. J. Biol. Chem. 2005, 280, 19437-19440
86. Berndt, A.; Kottke, T.; Breitkreuz, H.; Dvorsky, R.; Hennig, S.; Alexander, M.; Wolf, E. J. Biol. Chem. 2007, 282, 13011-13021
87. Öztürk, N.; Song, S.; Selby, C.; Sancar, A. J. Biol. Chem. 2008, 283, 3256-3263
88. Phillips, J. B.; Jorge, P. E.; Muheim, R. J. R. Soc. Interface 2010, 7, S241-S256
89. Liu, B.; Liu, H.; Zhong, D.; Lin, C. Curr. Opin. Plant Biol. 2010, 13, 578-586
90. Brazard, J.; Usman, A.; Lacombat, F.; Ley, C.; Martin, M. M.; Plaza, P.; Mony, L.; Heijde, M.; Zabulon, G.; Bowler, C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4935-4945
91. Chaves, I.; Pokorny, R.; Byrdin, M.; Hoang, N.; Ritz, T.; Rettel, K.; Essen, L.-O.; van der Horst, G. T.; Batschauer, L.; Ahmad, M. Annu. Rev. Plant Biol. 2011, 62, 335-364
92. O'Day, K. E. PLoS Biol. 2008, 6, 1359-1360
93. Kottke, T.; Batschauer, A.; Ahmad, M.; Heberle, J. Biochem. 2006, 45, 2472-2479
94. Schulten, K. J. Chem. Phys. 1985, 82, 1312-1316
95. Byrdin, M.; Sartor, V.; Eker, A. P.; Vos, M. H.; Aubert, C.; Brettel, K.; Mathis, P. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1655, 64-70
96. Hogben, H. J.; Efimova, O.; Wagner-Rundell, N.; Timmel, C. R.; Hore, P. Chem. Phys. Lett. 2009, 490, 118-122
97. Schmidt, W. Optical Spectroscopy in Chemistry and Life Sciences, an Introduction; Wiley-VCH: New York, 2005.
98. Gegear, R. J.; Casselman, A.; Waddell, S.; Reppert, S. M. Nature 2008, 454, 1014-1018
99. Foley, L. E.; Gegear, R. J.; Reppert, S. M. Nature 2011, not supplied.
100. Efimova, O.; Hore, P. Biophys. J. 2008, 94, 1565-1574
101. Semm, P.; Beason, R. Brain Res. Bull. 1990, 25, 735-740
102. Alerstam, T. J. Exp. Biol. 1987, 130, 63-86
103. Lednor, A.; Walcott, C. Behav. Ecol. Sociobiol. 1988, 130, 3-8
104. Munro, U.; Munro, J.; Phillips, J. Naturwissenschaften 1997, 84, 26-28
105. Heyers, D.; Zapka, M.; Hoffmeister, M.; Wild, J.; Mouritsen, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 9394-9399
106. Kishkinev, D.; Chernetsov, N.; Mouritsen, H. Auk 2010, 127, 773-780
107. Wiltschko, W.; Wiltschko, R. J. Comp. Physiol., A 1999, 184, 295-299
108. Wiltschko, W.; Wiltschko, R.; Munro, U. Naturwissenschaften 2000, 87, 366-369
109. Wiltschko, W.; Munro, U.; Ford, H.; Wiltschko, R. Proc. R. Soc. Lond. B 2003, 270, 2133-2140