All-atom semiclassical dynamics study of quantum coherence in photosynthetic Fenna-Matthews-Olson complex

Journal of the American Chemical Society

Volumn 134, Issue 28, 2012, Pages 11640-11651

  Kim, Hyun Woo ^a   Kelly, Aaron ^a,b   Park, Jae Woo ^a   Rhee, Young Min ^a  

^a Pohang University of Science and Technology (POSTECH)   (South Korea)

^b STANFORD UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COHERENT OSCILLATIONS; COUPLING PATTERN; COUPLING STRENGTHS; ELECTRONIC COUPLING; ELECTRONIC ENERGIES; ELECTROSTATIC MODULATION; EMBEDDED CHROMOPHORES; FEMTOSECONDS; HIGH TEMPERATURE; NOISY ENVIRONMENT; PHOTOSYNTHETIC SYSTEMS; PIGMENT-PROTEIN COMPLEXES; PROTEIN STRUCTURES; QUANTUM COHERENCE; SEMICLASSICAL DYNAMICS; STATIONARY STATE; THEORETICAL RESULT; THERMAL FLUCTUATIONS; VIBRATIONAL MODES;

COUPLINGS; DYNAMICS; ENERGY TRANSFER; PROTEINS; QUANTUM THEORY;

CHROMOPHORES;

ARTICLE; COMPLEX FORMATION; CONTROLLED STUDY; CROSS COUPLING REACTION; ELECTRIC CONDUCTIVITY; ENERGY TRANSFER; EXCITATION ENERGY TRANSFER; FENNA MATTHEWS OLSON COMPLEX; OSCILLATION; PHOTOSYNTHESIS; PROTEIN STRUCTURE; STATIC ELECTRICITY; VIBRATION;

ENERGY TRANSFER; MODELS, MOLECULAR; PHOTOSYNTHESIS; QUANTUM THEORY;

EID: 84863902594     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja303025q     Document Type: Article

References (80)

1. Engel, G. S.; Calhoun, T. R.; Read, E. L.; Ahn, T.-K.; Mančal, T.; Cheng, Y.-C.; Blankenship, R. E.; Fleming, G. R. Nature 2007, 446, 782-786
2. Lee, H.; Cheng, Y.-C.; Fleming, G. R. Science 2007, 316, 1462-1465
3. Adolphs, J.; Müh, F.; Madjet, M. E.-A.; Schmidt am Busch, M.; Renger, T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3331-3343
4. Curutchet, C.; Kongsted, J.; Muñoz-Losa, A.; Hossein-Nejad, H.; Scholes, G. D.; Mennucci, B. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3078-3084
5. Strümpfer, J.; Şener, M.; Schulten, K. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 536-542
6. Utschig, L. M.; Silver, S. C.; Mulfort, K. L.; Tiede, D. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16334-16337
7. Terazono, Y.; Kodis, G.; Bhushan, K.; Zaks, J.; Madden, C.; Moore, A. L.; Moore, T. A.; Fleming, G. R.; Gust, D. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2916-2922
8. Castagna, R.; Garbugli, M.; Bianco, A.; Perissinotto, S.; Pariani, G.; Bertarelli, C.; Lanzani, G. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 51-57
9. Collini, E.; Wong, C. Y.; Wilk, K. E.; Curmi, P. M. G.; Brumer, P.; Scholes, G. D. Nature 2010, 463, 644-647
10. Panitchayangkoon, G.; Hayes, D.; Fransted, K. A.; Caram, J. R.; Harel, E.; Wen, J.; Blankenship, R. E.; Engel, G. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 12766-12770
11. Ishizaki, A.; Calhoun, T. R.; Schlau-Cohen, G. S.; Fleming, G. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 7319-7337
12. Scholes, G. D. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2-8
13. Scholes, G. D.; Fleming, G. R.; Olaya-Castro, A.; van Grondelle, R. Nature Chem. 2011, 3, 763-774
14. Fenna, R. E.; Matthews, B. W. Nature 1975, 258, 573-577
15. Adolphs, J.; Renger, T. Biophys. J. 2006, 91, 2778-2797
16. Mohseni, M.; Rebentrost, P.; Lloyd, S.; Aspuru-Guzik, A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 174106
17. Ishizaki, A.; Fleming, G. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 17255-17260
18. Rebentrost, P.; Mohseni, M.; Kassal, I.; Lloyd, S.; Aspuru-Guzik, A. New J. Phys. 2009, 11, 033003
19. Huo, P.; Coker, D. F. J. Chem. Phys. 2010, 133, 184108
20. Tao, G.; Miller, W. H. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 891-894
21. Kelly, A.; Rhee, Y. M. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 808-812
22. Chen, X.; Silbey, R. J. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 5499-5509
23. Renaud, N.; Ratner, M. A.; Mujica, V. J. Chem. Phys. 2011, 135, 075102
24. Olbrich, C.; Jansen, T. L. C.; Liebers, J.; Aghtar, M.; Strümpfer, J.; Schulten, K.; Knoester, J.; Kleinekathöfer, U. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 8609-8621
25. Shim, S.; Rebentrost, P.; Valleau, S.; Aspuru-Guzik, A. Biophys. J. 2012, 102, 649-660
26. Ishizaki, A.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 6227-6233
27. MacKerell, A. D., Jr. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586-3616
28. MacKerell, A. D., Jr.; Feig, M.; Brooks, C. L., III J. Comput. Chem. 2004, 25, 1400-1415
29. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M., Jr.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179-5197
30. Ishizaki, A.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 2009, 130, 234110
31. Ishizaki, A.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 2009, 130, 234111
32. Jang, S.; Cheng, Y.-C.; Reichman, D. R.; Eaves, J. D. J. Chem. Phys. 2008, 129, 101104
33. Kim, H.; Nassimi, A.; Kapral, R. J. Chem. Phys. 2008, 129, 084102
34. Nassimi, A.; Bonella, S.; Kapral, R. J. Chem. Phys. 2010, 133, 134115
35. Madjet, M. E.; Abdurahman, A.; Renger, T. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17268-17281
36. Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5378-5386
37. Olbrich, C.; Kleinekathöfer, U. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 12427-12437
38. Bayly, C. I.; Cieplak, P.; Cornell, W. D.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10269-10280
39. Wang, J.; Cieplak, P.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1049-1074
40. Adolphs, J.; Müh, F.; Madjet, M. E.-A.; Renger, T. Photosynth. Res. 2008, 95, 197-209
41. Renger, T. Photosynth. Res. 2009, 102, 471-485
42. Park, J. W.; Kim, H. W.; Song, C.-I.; Rhee, Y. M. J. Chem. Phys. 2011, 135, 014107
43. Maroncelli, M.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1988, 89, 5044-5069
44. Kumar, P. V.; Maroncelli, M. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3038-3060
45. Ingrosso, F.; Ladanyi, B. M.; Mennucci, B.; Elola, M. D.; Tomasi, J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3553-3564
46. Martins, L. R.; Skaf, M. S. Chem. Phys. Lett. 2003, 370, 683-689
47. Rasmussen, T. D.; Ren, P.; Ponder, J. W.; Jensen, F. Int. J. Quantum Chem. 2007, 107, 1390-1395
48. Olbrich, C.; Strümpfer, J.; Schulten, K.; Kleinekathöfer, U. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1771-1776
49. Furse, K. E.; Lindquist, B. A.; Corcelli, S. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 3231-3239
50. Furse, K. E.; Corcelli, S. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13103-13109
51. Furse, K. E.; Corcelli, S. A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 720-723
52. Song, C.-I.; Rhee, Y. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12040-12049
53. Freiberg, A.; Lin, S.; Timpmann, K.; Blankenship, R. E. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7211-7220
54. McCutcheon, D. P. S.; Nazir, A. J. Chem. Phys. 2011, 135, 114501
55. Turner, D. B.; Wilk, K. E.; Curmi, P. M. G.; Scholes, G. D. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1904-1911
56. Sarovar, M.; Ishizaki, A.; Fleming, G. R.; Whaley, K. B. Nature Phys. 2010, 6, 462-467
57. Hill, S.; Wootters, W. K. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 5022-5025
58. Brumer, P.; Shapiro, M., ArXiv:1109.0026.
59. Pelzer, K. M.; Griffin, G. B.; Gray, S. K.; Engel, G. S. J. Chem. Phys. 2012, 136, 164508
60. Fleming, G. R.; Cho, M. Annu. Rev. Phys. Chem. 1996, 47, 109-134
61. Xu, Q.-H.; Scholes, G. D.; Yang, M.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10348-10358
62. Vlaming, S. M.; Silbey, R. J. J. Chem. Phys. 2012, 136, 055102
63. Olbrich, C.; Strümpfer, J.; Schulten, K.; Kleinekathöfer, U. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 758-764
64. Müh, F.; Madjet, M. E.-A.; Adolphs, J.; Abdurahman, A.; Rabenstein, B.; Ishikita, H.; Knapp, E.-W.; Renger, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 16862-16867
65. Panitchayangkoon, G.; Voronine, D. V.; Abramavicius, D.; Caram, J. R.; Lewis, N. H. C.; Mukamel, S.; Engel, G. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 20908-20912
66. Brixner, T.; Stenger, J.; Vaswani, H. M.; Cho, M.; Blankenship, R. E.; Fleming, G. R. Nature 2005, 434, 625-628
67. Moix, J.; Wu, J.; Huo, P.; Coker, D.; Cao, J. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 3045-3052
68. Hildner, R.; Brinks, D.; van Hulst, N. F. Nature Phys. 2011, 7, 172-177
69. Alicki, R.; Miklaszewski, W. J. Chem. Phys. 2012, 136, 134103
70. Caycedo-Soler, F.; Chin, A. W.; Almeida, J.; Huelga, S. F.; Plenio, M. B. J. Chem. Phys. 2012, 136, 155102
71. Kapral, R.; Ciccotti, G. J. Chem. Phys. 1999, 110, 8919-8929
72. van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701-1718
73. Ben-Shem, A.; Frolow, F.; Nelson, N. FEBS Lett. 2004, 564, 274-280
74. Foloppe, N.; Ferrand, M.; Breton, J.; Smith, J. C. Proteins 1995, 22, 226-244
75. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463-1472
76. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690
77. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092
78. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
79. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
80. Shao, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172-3191