Charge transfer in model peptides: Obtaining marcus parameters from molecular simulation

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 7, 2012, Pages 2284-2293

  Heck, Alexander ^a   Woiczikowski, P Benjamin ^a   Kubař, Tomáš ^a   Giese, Bernd ^b   Elstner, Marcus ^a   Steinbrecher, Thomas B ^a  

^a KARLSRUHE INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Germany)

^b UNIVERSITY OF FRIBOURG   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINO ACIDS; ELECTRON TRANSITIONS; EXPERIMENTS; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR STRUCTURE; PEPTIDES;

ACTIVE FIELD; BRIDGING GROUPS; DIRECT COUPLING; DIRECT TRANSFER; ELECTRON HOLE; ELECTRON TRANSFER; ELECTRON TRANSPORT; HELICAL STRUCTURES; HOPPING PROCESS; MODEL COMPOUND; MODEL EXPERIMENTS; MODEL PEPTIDES; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; MOLECULAR SIMULATIONS; REAL SYSTEMS; REORGANIZATION ENERGIES; SEQUENCE-DEPENDENT; SIDE-CHAINS; SUPEREXCHANGES; THEORETICAL FRAMEWORK;

CHARGE TRANSFER;

EID: 84857404734     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp2086297     Document Type: Article

References (143)

1. Marcus, R. A. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 1-6
2. Hervas, M.; Navarro, J. A.; De la Rosa, M. A. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 798-805
3. Bixon, M.; Jortner, J. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 35-202
4. Gray, H. B.; Winkler, J. R. Annu. Rev. Biochem. 1996, 65, 537-561
5. Skourtis, S. S.; Waldeck, D. H.; Beratan, D. N. Annu. Rev. Phys. Chem. 2010, 61, 461-485
6. Beratan, D. N.; Skourtis, S. S.; Balabin, I. A.; Balaeff, A.; Keinan, S.; Venkatramani, R.; Xiao, D. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1669-1678
7. Balabin, I. A.; Beratan, D. N.; Skourtis, S. S. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 158102
8. Grozema, F. C.; Siebbeles, L. D. A.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A. ChemPhysChem 2002, 3, 536-539
9. Grozema, F. C.; Berlin, Y. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10903-10909
10. Vekhter, B. G.; Ratner, M. A. J. Chem. Phys. 1994, 101, 9710-9715
11. Vekhter, B. G.; Ratner, M. A. Phys. Rev. B 1995, 51, 3469-3475
12. Berlin, Y. A.; Siebbeles, L. D. A. Chem. Phys. Lett. 1998, 291, 85-93
13. Siebbeles, L. D. A.; Berlin, Y. A. Chem. Phys. 1998, 238, 97-107
14. Olson, M.; Mao, Y.; Windus, T.; Kemp, M.; Ratner, M. A.; Leon, N.; Mujica, V. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 941-947
15. Grozema, F. C.; vanDuijnen, P. T.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7791-7795
16. Herz, T.; Gedeck, P.; Clark, T. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 1379-1380
17. Warshel, A.; Parson, W. W. Q. Rev. Biophys. 2001, 34, 563-679
18. Warshel, A. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 385-395
19. Small, D. W.; Matyushov, D. V.; Voth, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7470-7478
20. Paddon-Row, M. N. Adv. Phys. Org. Chem. 2003, 38, 1-85
21. Wallrapp, F.; Voityuk, A.; Guallar, V. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 3312-3320
22. Wallrapp, F.; Voityuk, A.; Guallar, V. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3241-3248
23. Cordes, M.; Jacques, O.; Köttgen, A.; Jasper, C.; Boudebous, H.; Giese, B. Adv. Synth. Catal. 2008, 350, 1053-1062
24. Giese, B.; Napp, M.; Jacques, O.; Boudebous, H.; Taylor, A. M.; Wirz, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4073-4075
25. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12950-12955
26. Meggers, E.; Kusch, D.; Spichty, M.; Wille, U.; Giese, B. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 460-462
27. Isied, S. S.; Taube, H. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 8198-8200
28. Isied, S. S. Prog. Inorg. Chem. 1984, 32, 443-517
29. Isied, S. S.; Vassilian, A. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 1732-1736
30. Isied, S. S.; Vassilian, A.; Wishart, J. F.; Creutz, C.; Schwarz, H. A.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 635-637
31. Isied, S. S.; Ogawa, M. Y.; Wishart, J. F. Chem. Rev. 1992, 92, 381-394
32. Ogawa, M. Y.; Moreira, I.; Wishart, J. F.; Isied, S. S. Chem. Phys. 1993, 176, 589-600
33. Isied, S. S.; Moreira, I.; Ogawa, M. Y.; Vassilian, A.; Arbo, B.; Sun, J. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 1994, 82, 203-210
34. Malak, R. A.; Gao, Z. N.; Wishart, J. F.; Isied, S. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13888-13889
35. Ungar, L. W.; Newton, M. D.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7367-7382
36. Shin, Y. G. K.; Newton, M. D.; Isied, S. S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3722-3732
37. Issa, J. B.; Krogh-Jespersen, K.; Isied, S. S. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 20809-20812
38. Cordes, M.; Giese, B. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 892-901
39. Giese, B.; Wang, M.; Gao, J.; Stoltz, M.; Müller, P.; Graber, M. J. Org. Chem. 2009, 74, 3621-3625
40. Wang, M.; Gao, J.; Müller, P.; Giese, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 4232-4234
41. Gao, J. A.; Müller, P.; Wang, M.; Eckhardt, S.; Lauz, M.; Fromm, K. M.; Giese, B. Angew. Chemie, Int. Ed. 2011, 50, 1926-1930
42. Gampp, H.; Maeder, M.; Meyer, C. J.; Zuberbühler, A. D. Talanta 1985, 32, 95-101
43. Gampp, H.; Maeder, M.; Meyer, C. J.; Zuberbühler, A. D. Talanta 1985, 32, 257-264
44. Kümin, M.; Sonntag, L.; Wennemers, H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 466-467
45. Long, Y.; Abu-Irhayem, E.; Kraatz, H. Chem.-Eur. J. 2005, 11, 5186-5194
46. Giese, B.; Graber, M.; Cordes, M. Curr. Op. Chem. Biol. 2008, 12, 755-759
47. Newton, M. D. Chem. Rev. 1991, 91, 767
48. Sheu, S.; Yang, D.; Selzle, H. L.; Schlag, E. W. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 9390-9396
49. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1956, 24, 966-978
50. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1956, 24, 979-989
51. Marcus, R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1964, 15, 155-196
52. Krapf, S.; Koslowski, T.; Steinbrecher, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 9516-9525
53. Woiczikowski, P. B.; Kubař, T.; Gutiérrez, R.; Caetano, R. A.; Cuniberti, G.; Elstner, M. J. Chem. Phys. 2009, 130, 215104
54. Woiczikowski, P. B.; Steinbrecher, T.; Kubar, T.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 9846-9863
55. Kubar, T.; Woiczikowski, P. B.; Cuniberti, G.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7937-7947
56. Kubar, T.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8788-8798
57. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701-1718
58. Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435-447
59. Hess, B. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 116-122
60. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. 1996, 14, 33-38
61. Schaftenaar, G.; Noordik, J. H. J. Comput. Aided Mol. Design 2000, 14, 123-134
62. Hornak, V.; Abel, R.; Okur, A.; Strockbine, B.; Roitberg, A.; Simmerling, C. Proteins: Struct., Funct., Genet. 2006, 65, 712-725
63. Horn, H.; Swope, W.; Pitera, J.; Madura, J.; Dick, T.; Hura, G.; Head-Gordon, T. J. Chem. Phys. 2004, 120, 9665-9678
64. Horn, H.; Swope, W.; Pitera, J. J. Chem. Phys. 2005, 123, 194504
65. Bayly, C.; Cieplak, P.; Cornell, W.; Kollman, P. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10269
66. Cornell, W.; Cieplak, P.; Bayly, C.; Kollman, P. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9620-9631
67. Wang, J.; Cieplak, P.; Kollman, P. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1049-1074
68. Hush, N. S. Trans. Farad. Soc. 1961, 57, 557-580
69. Levich, V. G.; Dogonadze, R. R. Doklady Akademii Nauk SSSR 1959, 124, 123-126
70. Jortner, J. Biochim. Biophys. Acta 1980, 594, 193-230
71. Skourtis, S. S.; Balabin, I. A.; Kawatsu, T.; Beratan, D. N. Proc. Natl. Acad. Sci. 2005, 102, 3552-3557
72. Jang, S.; Newton, M. D. J. Chem. Phys. 2005, 122, 024501
73. Troisi, A.; Nitzan, A.; Ratner, M. A. J. Chem. Phys. 2003, 119, 5782-5788
74. Berlin, Y. A.; Grozema, F. C.; Siebbeles, L. D. A.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 10988-11000
75. Neria, E.; Nitzan, A. J. Chem. Phys. 1993, 99, 1109-1123
76. Lockwood, D. M.; Cheng, Y. K.; Rossky, P. J. Chem. Phys. Lett. 2001, 345, 159-165
77. Prezhdo, O. V.; Rossky, P. J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 5863-5878
78. Prezhdo, O. V.; Rossky, P. J. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 5294-5297
79. Onuchic, J. N.; Wolynes, P. G. J. Phys. Chem. 1988, 92, 6495-6503
80. Bialek, W.; Bruno, W. J.; Joseph, J.; Onuchic, J. N. Photosynth. Res. 1989, 22, 15-27
81. Box, G. E. P.; Jenkins, G. Time Series Analysis: Forecasting and Control; Holden-Day: Oakland, CA, 1976.
82. Troisi, A.; Ratner, M. A.; Zimmt, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2215-2224
83. Moser, C. C.; Keske, J. M.; Warncke, K.; Farid, R. S.; Dutton, P. L. Nature 1992, 355, 796-802
84. Hopfield, J. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1974, 71, 3640-3644
85. Skourtis, S. S.; Beratan, D. N. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 377-452
86. Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N. J. Chem. Phys. 1996, 105, 9561-9573
87. Beratan, D. N.; Betts, J. N.; Onuchic, J. N. Science 1991, 252, 1285-1288
88. Jones, M. L.; Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 2002-2006
89. Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Biol. Inorg. Chem. 1997, 2, 399-404
90. Langen, R.; Colon, J. L.; Casimiro, D. R.; Karpishin, T. B.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 3, 221-225
91. Skov, L. K.; Pascher, T.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1102-1103
92. Regan, J. J.; DiBilio, A. J.; Langen, R.; Skov, L. K.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Chem. Biol. 1995, 2, 489-496
93. Gray, H. B.; Winkler, J. R. Pure Appl. Chem. 1992, 64, 1257-1262
94. Blumberger, J.; Lamoureux, G. Mol. Phys. 2008, 106, 1597-1611
95. Sulpizi, M.; Raugei, S.; VandeVondele, J.; Carloni, P.; Sprik, M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 3969-3976
96. Marchi, M.; Gehlen, J. N.; Chandler, D.; Newton, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4178-4190
97. Kuharski, R. A.; Bader, J. S.; Chandler, D.; Sprik, M.; Klein, M. L.; Impey, R. W. J. Chem. Phys. 1988, 89, 3248-3257
98. Ando, K. J. Chem. Phys. 2001, 114, 9470-9477
99. Ceccarelli, M.; Marchi, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5630-5641
100. Algen, R. G.; Parson, W. W.; Chu, C. T.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 12284-12298
101. Schulten, K.; Tesch, M. Chem. Phys. 1991, 158, 421-446
102. King, G.; Warshel, A. J. Chem. Phys. 1990, 93, 8682-8692
103. Malagoli, M.; Bredas, J. L. Chem. Phys. Lett. 2000, 327, 13-17
104. Berlin, Y. A.; Hutchison, G. R.; Rempala, P.; Ratner, M. A.; Michl, J. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 3970-3980
105. Sakanoue, K.; Motoda, M.; Sugimoto, M.; Sakaki, S. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 5551-5556
106. Klimkans, A.; Larsson, S. Int. J. Quantum Chem. 2000, 77, 211-220
107. Olofsson, J.; Larsson, S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10398-10406
108. Klimkans, A.; Larsson, S. Chem. Phys. 1994, 189, 25-31
109. Lemaur, V.; da Silva Filho, D. A.; Coropceanu, V.; Lehmann, M.; Geerts, Y.; Piris, J.; Debije, M. G.; van de Craats, A. M.; Senthilkumar, K.; Siebbeles, L. D.; Warman, J. M.; Bredas, J.; Cornil, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3271-3279
110. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. B 1964, 136, 864-871
111. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. A 1965, 140, 1133-1138
112. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
113. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
114. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta 1973, 28, 213-222
115. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257-2261
116. Amini, A.; Harriman, A. J. Photochem. Photobiol. C 2003, 4, 155-177
117. Voityuk, A. A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 034903
118. Senthilkumar, K.; Grozema, F. C.; Guerra, C. F.; Bickelhaupt, F. M.; Lewis, F. D.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14894-14903
119. Porezag, D.; Frauenheim, T.; Kohler, T.; Seifert, G.; Kaschner, R. Phys. Rev. B 1995, 51, 12947-12957
120. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B 1998, 58, 7260-7268
121. Gutierrez, R.; Caetano, R.; Woiczikowski, P. B.; Kubař, T.; Elstner, M.; Cuniberti, G. New J. Phys. 2010, 12, 023022
122. Kubar, T.; Kleinekathöfer, U.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13107-13117
123. Beratan, D. N.; Onuchic, J. N.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Science 1992, 258, 1740-1741
124. de la Lande, A.; Salahub, D. R. J. Mol. Struct. THEOCHEM 2010, 943, 115-120
125. Ayala, R.; Sprik, M. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1403-1415
126. VandeVondele, J.; Ayala, R.; Sulpizi, M.; Sprik, M. J. Electroanalyt. Chem. 2007, 607, 113-120
127. Blumberger, J.; Sprik, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6793-6804
128. Blumberger, J.; Sprik, M. Theor. Chem. Acc. 2006, 115, 113-126
129. Tateyama, Y.; Blumberger, J.; Sprik, M.; Tavernelli, I. J. Chem. Phys. 2005, 122, 234505
130. Blumberger, J.; Tavernelli, I.; Klein, M. L.; Sprik, M. J. Chem. Phys. 2006, 124, 064507
131. Liu, H. Y.; Zhang, Y. K.; Yang, W. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6560-6570
132. Hasegawa, J. Y.; Ishida, M.; Nakatsuji, H.; Lu, Z. Y.; Liu, H. Y.; Yang, W. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 838-847
133. Zeng, X.; Hu, H.; Hu, X.; Cohen, A. J.; Yang, W. J. Chem. Phys. 2008, 128, 124510
134. Ayala, R.; Sprik, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 257-269
135. Campbella, S.; Beauchamp, J. L.; Rempe, M.; Lichtenberger, D. L. Int. J. Mass. Spec. Ion Proc. 1992, 117, 83-99
136. Kishor, S.; Dhayal, S.; Mathur, M.; Ramaniah, L. M. Mol. Phys. 2008, 106, 2289-2300
137. Dehareng, D.; Dive, G. Int. J. Mol. Sci. 2004, 5, 301-332
138. Kubař, T.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 5653-5656
139. Steinbrecher, T.; Joung, I; Case, D. A. J. Comput. Chem. 2011, 32, 3253-3263
140. Steinbrecher, T.; Koslowski, T.; Case, D. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 16935-16944
141. Kubař, T.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 11221-11240
142. de la Lande, A.; Babcock, N. S.; Rezac, J.; Sanders, B. C.; Salahub, D. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 11799-11804
143. Lin, J.; Balabin, I. A.; Beratan, D. N. Science 2005, 310, 1311-1313