QM/MM trajectory surface hopping approach to photoisomerization of rhodopsin and isorhodopsin: The origin of faster and more efficient isomerization for rhodopsin

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 28, 2012, Pages 8009-8023

  Chung, Wilfredo Credo ^a,c   Nanbu, Shinkoh ^b   Ishida, Toshimasa ^a  

^a KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^b SOPHIA UNIVERSITY   (Japan)

^c DE LA SALLE UNIVERSITY   (Philippines)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHROMOPHORES; COMPUTER SIMULATION; DYNAMICS; ISOMERS; PHOTOEXCITATION; QUANTUM YIELD;

BATHORHODOPSIN; BRANCHING RATIO; CIS-TRANS ISOMERIZATION; CIS-TRANS PHOTOISOMERIZATION; CONICAL INTERSECTION; HYBRID QM/MM; MINIMUM ENERGY; NON-ADIABATIC TRANSITIONS; PHOTO-INDUCED; TRAJECTORY SURFACE HOPPING;

PHOTOISOMERIZATION;

EID: 84864049095     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp212378u     Document Type: Article

References (73)

1. Boll, F. Am. J. Med. Sci. 1878, 151, 190
2. Hubbard, R.; Wald, G. J. Gen. Physiol. 1952, 36, 269
3. Yoshizawa, T.; Kito, Y. Nature 1958, 182, 1604
4. Wald, G.; Brown, P. K.; Gibbons, I. R. J. Opt. Soc. Am. 1963, 53, 20
5. Collins, F. D.; Morton, R. A. Biochem. J. 1950, 47, 18
6. Wald, G.; Brown, P. K.; Hubbard, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1955, 41, 438
7. Yoshizawa, T.; Wald, G. Nature 1963, 197, 1279
8. Schick, G. A.; Cooper, T. M.; Holloway, R. A.; Murray, L. P.; Birge, R. R. Biochemistry 1987, 26, 2556
9. Hug, S. J.; Lewis, J. W.; Kliger, D. S. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1998
10. Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1991, 254, 412
11. Peteanu, L. A.; Schoenlein, R. W.; Wang, Q.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 11762
12. Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Wang, Q.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. J. Phys. Chem. 1993, 97, 12087
13. Dartnall, H. J. A.; Goodeve, C. F.; Lythgoe, R. V. Proc. R. Soc. A 1936, 156, 158
14. Kim, J. E.; Tauber, M. J.; Mathies, R. A. Biochemistry 2001, 40, 13774
15. Hurley, J. B.; Ebrey, T. G.; Honig, B.; Ottolenghi, M. Nature 1977, 270, 540
16. Fan, J.; Rohrer, B.; Moiseyev, G.; Ma, J. X.; Crouch, R. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 13662
17. Okada, T.; Sugihara, M.; Bondar, A. N.; Elstner, M.; Entel, P.; Buss, V. J. Mol. Biol. 2004, 342, 571
18. Nakamichi, H.; Buss, V.; Okada, T. Biophys. J. 2007, 92, L106
19. Sekharan, S.; Sugihara, M.; Weingart, O.; Okada, T.; Buss, V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1052
20. Hayashi, S.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K. Biophys. J. 2009, 96, 403
21. Frutos, L. M.; Andruniów, T.; Santoro, F.; Ferré, N.; Olivucci, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 7764
22. Ishida, T.; Nanbu, S.; Nakamura, H. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4356
23. Chung, W. C.; Nanbu, S.; Ishida, T. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8190
24. Strambi, A.; Coto, P. B.; Frutos, L. M.; Ferre, N.; Olivucci, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3382
25. Maseras, F.; Morokuma, K. J. Comput. Chem. 1995, 16, 1170
26. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19357
27. Polli, D.; Altoe, P.; Weingart, O.; Spillane, K. M.; Manzoni, C.; Brida, D.; Tomasello, G.; Orlandi, G.; Kukura, P.; Mathies, R. A.; Garavelli, M.; Cerullo, G. Nature 2010, 467, 440
28. Persico, M.; Granucci, G.; Inglese, S.; Laino, T.; Toniolo, A. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2003, 621, 119
29. Schafer, L. V.; Groenhof, G.; Boggio-Pasqua, M.; Robb, M. A.; Grubmuller, H. PLoS Comput. Biol. 2008, 4, e1000034
30. Warshel, A.; Chu, Z. T. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9857
31. Ciminelli, C.; Granucci, G.; Persico, M. Chem. Phys. 2008, 349, 325
32. Ruckenbauer, M.; Barbatti, M.; Sellner, B.; Muller, T.; Lischka, H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 12585
33. Weingart, O.; Altoe, P.; Stenta, M.; Bottoni, A.; Orlandi, G.; Garavelli, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 3645
34. Tully, J. C. J. Chem. Phys. 1990, 93, 1061
35. Hammes-Schiffer, S.; Tully, J. C. ibid. 1994, 101, 4657
36. Parahdekar, P. V.; Tully, J. C. ibid. 2005, 122, 094102
37. Craig, C. F.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 163001
38. Hyeon-Deuk, K.; Madrid, A. B.; Prezhdo, O. V. Dalton Trans. 2009, 45, 10069
39. Duncan, W. R.; Craig, C. F.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8528
40. Madrid, A. B.; Hyeon-Deuk, K.; Prezhdo, O. V. ACS Nano 2009, 3, 2487
41. Chung, W. C.; Nanbu, S.; Ishida, T. Chem. Lett. 2011, 40, 1395-1397
42. Weiss, R. M.; Warshel, A. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 6131
43. Frisch, M. J.; Gaussian 03, revision C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
44. Werner, H.-J.; Knowles, P. J. J. Chem. Phys. 1985, 82, 5053
45. Knowles, P. J.; Werner, H.-J. Chem. Phys. Lett. 1985, 115, 259
46. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257
47. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179
48. Swope, W. C.; Andersen, H. C.; Berens, P. H.; Wilson, K. R. J. Chem. Phys. 1982, 76, 637
49. Zhu, C. Y.; Nakamura, H. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4855
50. Zhu, C. Y.; Nakamura, H. J. Chem. Phys. 1994, 101, 10630
51. Zhu, C. Y.; Nakamura, H. J. Chem. Phys. 1995, 102, 7448
52. Nakamura, H. J. Theor. Comput. Chem. 2005, 4, 127
53. Nakamura, H. Adv. Chem. Phys. 2008, 138, 95
54. Mayne, H. R. In Dynamics of Molecules and Chemical Reactions; Wyatt, R. E.; Zhang, J. Z. H., Eds.; Marcel Dekker, Inc.: New York, 1996; p 589.
55. Nakamichi, H.; Okada, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 4270
56. Randall, C. E.; Lewis, J. W.; Hug, S. J.; Bjorling, S. C.; Eisner-Shanas, I.; Ottolenghi, M.; Sheves, M.; Friedman, N.; Kliger, D. S. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 3473
57. Palczewski, K. Annu. Rev. Biochem. 2006, 75, 743
58. Yoshizawa, T.; Shichida, Y.; Matuoka, S. Vision Res. 1984, 24, 1455
59. Birge, R. R.; Einterz, C. M.; Knapp, H. M.; Murray, L. P. Biophys. J. 1988, 53, 367
60. Hubbard, R.; Kropf, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1958, 44, 130
61. Trehan, A.; Liu, R. S. H.; Shichida, Y.; Imamoto, Y.; Nakamura, K.; Yoshizawa, T., Y. Bioorg. Chem. 1990, 18, 30-40
62. Kochendoerfer, G. G.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 14526
63. Werner, H.-J. Mol. Phys. 1996, 89, 645
64. Ditchfield, R.; Hehre, W. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1971, 54, 724
65. Wang, Q; Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1994, 266, 422
66. Ganter, U. M.; Gärtner, W.; Siebert, F. Eur. Biophys. J. 1990, 18, 295
67. Gartner, W.; Ternieden, S. J. Photochem. Photobiol. B 1996, 33, 83
68. DeLange, F.; Bovee-Geurts, P. H. M.; VanOostrum, J.; Portier, M. D.; Verdegem, P. J.E.; Lugtenburg, J. Biochemistry 1998, 37, 1411-1420
69. Creemers, A. F. L.; Bovee-Guerts, P. H. M.; DeGrip, W. J.; Lugtenburg, J.; de Groot, H. J. M. Biochemistry 2004, 43, 16011-16018
70. Liu, R. S. H.; Hammond, G. S. Acc. Chem. Res. 2005, 38, 396
71. Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K.; Molec, J. Graphics 1996, 14, 33-38 http://www.ks.uiuc.edu/research/vmd/
72. Shichi, H. Biochemistry 1970, 9, 1973
73. Rudzki, J. E.; Peters, K. S. Biochemistry 1984, 23, 3843