Quantum effects in biological electron transfer

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 14, Issue 17, 2012, Pages 5902-5918

  Lande, Aurélien De La ^a   Babcock, Nathan S ^b   Ezá, Jan ^c   Lévy, Bernard ^a   Sanders, Barry C ^b   Salahub, Dennis R ^b  

^a UNIVERSITÉ PARIS SUD   (France)

^b UNIVERSITY OF CALGARY   (Canada)

^c INSTITUTE OF ORGANIC CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY   (Czech Republic)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINE DEHYDROGENASE; CARBOCYANINE; CYANINE DYE; HYDROGEN; OXIDOREDUCTASE;

CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; ELECTRON; ELECTRON TRANSPORT; KINETICS; METABOLISM; OXIDATION REDUCTION REACTION; QUANTUM THEORY; REVIEW;

CARBOCYANINES; COMPUTER SIMULATION; ELECTRON TRANSPORT; ELECTRONS; HYDROGEN; KINETICS; OXIDATION-REDUCTION; OXIDOREDUCTASES ACTING ON CH-NH GROUP DONORS; QUANTUM THEORY;

EID: 84859772498     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2cp21823b     Document Type: Review

References (137)

1. See the issue of Procedia Chem., 2011, 3, 1-366
2. Y. Cha C. J. Murray J. P. Klinman Science 1989 243 1325 1330
3. Z.-X. Liang J. P. Klinman Curr. Opin. Struct. Biol. 2004 14 648 655
4. See for instance the special issue introduced by J. Phys. Org. Chem., 2010, 23, 559-695
5. Z. D. Nagel J. P. Klinman Nat. Chem. Biol. 2009 5 543 550
6. S. C. L. Karmelin A. Warshel Proteins Struct. Funct. Bioinformat. 2010 78 1339 1375
7. G. S. Engel T. R. Calhoun E. L. Read T.-K. Ahn T. Manal Y.-C. Cheng R. E. Blankenship G. R. Fleming Nature 2007 446 782 786
8. E. Collini C. Y. Y. Wong K. E. Wilk P. M. G. Curmi P. Brumer G. D. Scholes Nature 2010 463 644 647
9. E. Collini G. D. Scholes Science 2009 323 369 373
10. A. Ishizaki T. R. Calhoun G. S. Schlau-Cohen G. R. Fleming Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 7319 7337
11. M. Y. Okamura R. A. Isaacson G. Feher Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1979 546 394 417
12. M. Y. Okamura R. A. Isaacson G. Feher Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1975 72 3491 3495
13. J. R. Winkler D. G. Nocera K. M. Yocom E. Bordignon H. B. Gray J. Am. Chem. Soc. 1982 104 5798 5800
14. H. B. Gray J. R. Winkler Q. Rev. Biophys. 2003 36 341 372
15. H. B. Gray J. R. Winkler Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 3534 3539
16. D. N. Beratan J. N. Onuchic J. R. Winkler H. B. Gray Science 1992 258 1740 1741
17. S. S. Skourtis D. H. Waldeck D. N. Beratan Annu. Rev. Phys. Chem. 2010 61 461 485
18. A. A. Gorodetsky M. C. Buzzeo J. K. Barton Bioconjugate Chem. 2008 19 2285 2296
19. Y. Osakada K. Kawai M. Fujitsuka T. Majima Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 18072 18076
20. J. C. Genereux A. K. Boal J. K. Barton J. Am. Chem. Soc. 2010 132 891 905
21. J. P. Klinman J. Biol. Chem. 2006 281 3013 3016
22. E. I. Solomon X. Xie A. Dey Chem. Soc. Rev. 2008 37 628 638
23. K. J. Laidler M. C. King J. Phys. Chem. 1983 87 2657 2664
24. D. G. Truhlar B. C. Garrett S. J. Klippsenstein J. Phys. Chem. 1996 100 12771 12800
25. R. A. Marcus J. Chem. Phys. 1956 24 966 978
26. R. A. Marcus N. Sutin Biochim. Biophys. Acta 1985 811 265 322
27. W. F. Libby J. Phys. Chem. 1952 56 863 868
28. J. K. Hwang A. Warshel J. Am. Chem. Soc. 1987 109 715 72
29. D. N. Beratan J. J. Hopfield J. Chem. Phys. 1984 81 5753 5759
30. J. N. Onuchic D. N. Beratan J. J. Hopfield J. Phys. Chem. 1986 90 3707 3721
31. R. Borrelli M. Di Donato A. Peluso Theor. Chem. Acc. 2007 117 957 967
32. R. Borrelli A. Peluso J. Chem. Phys. 2008 129 064116
33. R. A. Marcus Rev. Mod. Phys. 1993 65 599 610
34. H. Sumi, Adiabatic versus Non-Adiabatic Electron Transfer, Electron Transfers in Chemistry, ed., V. Balzani, Wiley-VCH, Weinheim, 2001
35. A. Nitzan, http://arxiv.org/abs/cond-mat/0102300
36. S. S. Skourtis A. Nitzan J. Chem. Phys. 2003 119 6271 6276
37. S. S. Skourtis S. Mukamel Chem. Phys. 1995 197 367 388
38. D. Segal A. Nitzan W. B. Davis M. R. Wasielewski M. A. Ratner J. Phys. Chem. B 2000 104 3817 3829
39. A. A. Kocherzhenko F. C. Grozema L. D. A. Siebbeles J. Phys. Chem. C 2010 114 7973 7979
40. R. H. Goldsmith M. R. Wasielewski M. A. Ratner J. Phys. Chem. B 2006 110 20258 20262
41. M. Galperin M. A. Ratner A. Nitzan J. Phys.: Condens. Matter 2007 19 103201
42. C. Aubert M. H. Vos P. Mathis A. P. M. Eker K. Brettel Nature 2000 405 586 590
43. M. Byrdin A. Lukacs V. Thiagarajan A. P. M. Eker K. Brettel M. H. Vos J. Phys. Chem. A 2010 114 3207 3214
44. C. Shih A. K. Museth M. Abrahamsson A. M. Blanco-Rodriguez A. J. Di Bilio J. Sudhamsu B. R. Crane K. L. Ronayne M. Towrie A. Vlcěk Jr. J. H. Richards J. R. Winkler H. B. Gray Science 2008 320 1760 1762
45. D. Xiao S. S. Skourtis I. V. Rubtsov D. N. Beratan Nano Lett. 2009 9 1818
46. Z. Lin C. M. Lawrence D. Xiao V. V. Kireev S. S. Skourtis J. L. Sessler D. N. Beratan I. V. Rubtsov J. Am. Chem. Soc. 2009 131 18060
47. J. N. Onuchic P. J. Wolynes J. Phys. Chem. 1988 92 6495 6503
48. G. Ciccotti, D. Coker and R. Kapral, Quantum Dynamics of Complex Molecular Systems, ed., D. A. Micha, and, I. Burghardt, Springer, 2007, p. 275
49. G. Hanna, H. Kim and R. Kapral, Quantum Dynamics of Complex Molecular Systems, ed., D. A. Micha, and, I. Burghardt, Springer, 2007, p. 295
50. G. Hanna R. Kapral Acc. Chem. Res. 2006 39 21 27
51. M. J. W. Hall Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 2008 78 042104
52. A. de la Lande J. ezá B. Lévy B. C. Sanders D. R. Salahub J. Am. Chem. Soc. 2011 133 3883 3894
53. O. V. Prezhdo P. J. Rossky J. Chem. Phys. 1997 107 5863
54. A. Jasper D. G. Truhlar J. Chem. Phys. 2005 123 064103
55. G. Granucci M. Persico J. Chem. Phys. 2007 126 134114
56. R. E. Larsen M. J. Bedard-Hearn B. J. Schwartz J. Phys. Chem. B 2006 110 20055 20066
57. S. C. Cheng C. Zhu K. K. Liang S. H. Lin D. G. Truhlar J. Chem. Phys. 2008 129 024112
58. J. C. Tully J. Chem. Phys. 1990 93 1061
59. E. J. Heller J. Chem. Phys. 1981 75 2923 2931
60. D. M. Lockwood Y.-K. Cheng P. J. Rossky Chem. Phys. Lett. 2001 345 159
61. D. M. Lockwood H. Hwang P. J. Rossky Chem. Phys. 2001 268 285
62. A. de la Lande D. Salahub V. Moliner H. Gérard J.-P. Piquemal O. Parisel Inorg. Chem. 2009 48 7003 7005
63. A. de la Lande H. Gérard V. Moliner G. Izzet O. Reinaud O. Parisel JBIC, J. Biol. Inorg. Chem. 2006 11 593
64. A. de la Lande O. Parisel H. Gérard V. Moliner O. Reinaud Chem.-Eur. J. 2008 14 6465
65. D.-H. Lee L. Q. Hatcher M. A. Vance R. Sarangi A. E. Milligan A. A. N. Sarjeant C. D. Incarvito A. L. Rheingold K. O. Hodgson B. Hedman E. I. Solomon K. D. Karlin Inorg. Chem. 2007 46 6056 6068
66. S. C. L. Kamerlin J. Cao E. Rosta A. Warshel J. Phys. Chem. B 2009 113 10905
67. S. C. L. Kamerlin A. Warshel Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2011 1 30 45
68. M. H. M. Olsson G. Hong A. Warshel J. Am. Chem. Soc. 2003 125 5025 5039
69. H. Oberhofer J. Blumberger J. Chem. Phys. 2009 133 244105
70. T. A. Wesolowski A. Warshel J. Phys. Chem. 1993 97 8050
71. G. Hong E. Rosta A. Warshel J. Phys. Chem. B 2006 110 19570
72. Q. Wu T. Van Voorhis Phys. Rev. 2005 72 024502
73. W. Yang P. W. Ayers Q. Wu Phys. Rev. Lett. 2004 92 146404
74. T. Van Voorhis T. Kowalczyk B. Kaduk L.-P. Wang C.-L. Cheng Q. Wu Annu. Rev. Phys. Chem. 2010 61 149
75. B. Kaduk T. Kowalczyk T. Van Voorhis Chem. Rev. 2012 112 321 370
76. Q. Wu T. Van Voorhis J. Chem. Theory Comput. 2006 2 765 774
77. H. Oberhofer J. Blumberger J. Chem. Phys. 2009 131 064101
78. Q. Wu T. Van Voorhis J. Chem. Phys. 2006 125 164105
79. deMon2k, A. M. Köster, P. Calaminici, M. E. Casida, R. Flores-Moreno, G. Geudtner, A. Goursot, T. Heine, A. Ipatov, F. Janetzko, J. M. del Campo, S. Patchkovskii, J. U. Reveles, D. R. Salahub, A. Vela, deMon developers, 2006
80. A. de la Lande D. R. Salahub THEOCHEM 2010 943 115 120
81. J. ezá B. Lévy I. Demachy A. de la Lande J. Chem. Theory Comput. 2012 8 418 427
82. K. T. Chung Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1991 44 5421 5433
83. O. P. Charkin N. M. Klimenko P. T. Nguyen D. O. Charkin A. M. Mebel S. H. Lin Y.-S. Wang S.-C. Wei H.-C. Chang Chem. Phys. Lett. 2005 415 362 369
84. M. A. North S. Bhattacharyya D. G. Truhlar J. Phys. Chem. B 2010 114 14907 14915
85. A. M. Kuznetsov E. M. Zueva A. N. Masliy L. I. Krishtalik Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2010 1797 347 359
86. J. Wolfgang S. M. Risser S. Priyadarshy D. N. Beratan J. Phys. Chem. B 1997 101 2986 2991
87. T. R. Prytkova I. V. Kurnikov D. N. Beratan J. Phys. Chem. B 2005 109 1618 1625
88. I. Daizadeh J.-X. Guo A. A. Stuchebrukhov J. Chem. Phys. 1999 110 8865 8868
89. R. Kapral Annu. Rev. Phys. Chem. 2006 57 129 157
90. A. F. Oliveira G. Seifert Th. Heine H. A. Duarte J. Braz. Chem. Soc. 2009 20 1193 1205
91. Th. Kuba M. Elstner J. Phys. Chem. B 2010 114 11221 11240
92. M. Rapacioli F. Spiegelman A. Scemama A. Mirtschink J. Chem. Theory Comput. 2011 7 44 55
93. J. J. P. Stewart J. Mol. Model. 2008 15 765 805
94. M. Korth M. Pitonák J. ezá P. J. Hobza J. Chem. Theory Comput. 2010 6 344 352
95. S. C. L. Kamerlin A. Warshel Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 10401 10411
96. M. Newton Chem. Rev. 1991 91 767 792
97. A. A. Stuchebrukhov Theor. Chem. Acc. 2003 110 291 306
98. J. J. Hopfield Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1974 71 3640 3644
99. H. M. McConnell J. Chem. Phys. 1961 35 508 515
100. D. N. Beratan J. N. Onuchic J. N. Betts B. E. Bowler H. B. Gray J. Am. Chem. Soc. 1990 112 7915 7921
101. C. C. Page C. C. Moser X. Chen P. L. Dutton Nature 1999 402 47 52
102. A. A. Stuchebrukhov J. Chem. Phys. 1996 104 8424 8432
103. D. N. Beratan J. N. Onuchic J. J. Hopfield J. Chem. Phys. 1987 86 4488 4498
104. D. N. Beratan J. N. Betts J. N. Onuchic Science 1991 252 1285 1288
105. D. N. Beratan J. N. Onuchic J. Chem. Phys. 1990 92 722 733
106. E. W. Dijkstra Numer. Math. 1959 1 269 271
107. A. Jasaitis M. P. Johansson M. Wikström M. H. Vos M. Verkhovsky Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 20811 20814
108. T. R. Pritkova I. V. Kurnikov D. N. Beratan Science 2007 315 622 625
109. A. de la Lande S. Martí O. Parisel V. Moliner J. Am. Chem. Soc. 2007 129 11700 11707
110. M. M. Toutounji M. A. Ratner J. Phys. Chem. A 2000 104 8566 8569
111. A. Teklos S. S. Skourtis Chem. Phys. 2005 319 52 68
112. S. S. Skourtis I. A. Balabin T. Kawatsu D. N. Beratan Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 3552 3557
113. D. N. Beratan S. S. Skourtis I. A. Balabin A. Balaeff S. Keinan R. Venkatramani D. Xiao Acc. Chem. Res. 2009 42 1669 1678
114. D. N. Beratan J. N. Betts J. N. Onuchic Science 1991 252 1285 1288
115. R. Langen I.-J. Chang J. P. Germanas J. H. Richards J. R. Winkler H. B. Gray Science 1995 268 1733 1735
116. M. L. Page I. V. Kurnikov D. N. Beratan J. Phys. Chem. A 2002 106 2002 2006
117. H. Harms R. J. M. van Spanning J. Bioenerg. Biomembr. 1991 23 187 210
118. L. Chen R. C. E. Durley F. Scott Mathews V. L. Davidson Science 1994 264 86 90
119. H. B. Brooks V. L. Davidson J. Am. Chem. Soc. 1994 116 11201 11202
120. J. K. Ma C. J. Carrell F. S. Mathews V. L. Davidson Biochemistry 2006 45 8284 8293
121. J. K. Ma Y. Wang C. J. Carrell F. S. Mathews V. L. Davidson Biochemistry 2007 46 11137 11146
122. V. L. Davidson Acc. Chem. Res. 2007 41 730 738
123. A. de la Lande N. S. Babcock J. Rezác B. C. Sanders D. R. Salahub Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 11799 11804
124. M. Miyashita M. Y. Okamura J. N. Onuchic Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 3558
125. J. Lin I. A. Balabin D. N. Beratan Science 2005 310 1311 1313
126. van Amsterdam IMC et al. Nat. Struct. Biol. 2002 9 48
127. T. Hayashi A. A. Stuchebrukhov Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 19157 19162
128. Z.-X. Liang J. M. Nocek K. Huang R. T. Hayes I. V. Kurnikov D. N. Beratan B. M. Hoffman J. Am. Chem. Soc. 2002 124 6849 6859
129. Z.-X. Liang I. V. Kurnikov J. M. Nocek A. G. Mauk D. N. Beratan B. M. Hoffman J. Am. Chem. Soc. 2004 126 2785 2798
130. Q. Jin C. M. Bethke Biophys. J. 2002 83 1797 1808
131. Q. Jin C. M. Bethke Appl. Environ. Microbiol. 2003 69 2340 2348
132. K. Reuter M. Scheffler Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006 73 045433
133. D. T. Gillespie J. Comput. Phys. 1976 22 403 434
134. R. Zhu A. S. Ribeiro D. Salahub S. A. Kauffman J. Theor. Biol. 2007 246 725 745
135. R. Zhu A. de la Lande R. Zhang D. R. Salahub Interdiscip. Sci.: Comput. Life Sci. 2009 1 91 98
136. L. Wang S. Broyde Y. Zhang J. Mol. Biol. 2009 389 787 796
137. R. Radhakrishnan T. Schlick J. Am. Chem. Soc. 2005 127 13245 13252