Ultrafast excited state dynamics of spirilloxanthin in solution and bound to core antenna complexes: Identification of the S and T 1 states

Journal of Chemical Physics

Volumn 137, Issue 6, 2012, Pages

  Kosumi, Daisuke ^a,b   Maruta, Satoshi ^a,b   Horibe, Tomoko ^a,b   Nagaoka, Yuya ^a,b   Fujii, Ritsuko ^a,b   Sugisaki, Mitsuru ^a,b   Cogdell, Richard J ^c   Hashimoto, Hideki ^a,b  

^a Osaka Prefecture University   (Japan)

^b JSTCREST   (Japan)

^c UNIVERSITY OF GLASGOW   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANTENNA COMPLEXES; EXCITED-STATE DYNAMICS; FEMTOSECONDS; LIGHT-HARVESTING; PROTEIN COMPLEXES; PUMP-PROBE; RHODOSPIRILLUM RUBRUM; S STATE; SPECTROSCOPIC MEASUREMENTS; ULTRA-FAST;

DYNAMICS; ENERGY TRANSFER; EXCITED STATES;

ANTENNAS;

BACTERIAL PROTEIN; BACTERIOCHLOROPHYLL A PROTEINS, BACTERIA; RHODOVIOLASCIN; XANTHOPHYLL;

ARTICLE; CHEMISTRY; ENERGY TRANSFER; KINETICS; PHOTOSYNTHESIS; RHODOSPIRILLUM RUBRUM; SOLUTION AND SOLUBILITY;

BACTERIAL PROTEINS; ENERGY TRANSFER; KINETICS; PHOTOSYNTHESIS; RHODOSPIRILLUM RUBRUM; SOLUTIONS; XANTHOPHYLLS;

EID: 84865171841     PISSN: 00219606     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4737129     Document Type: Article

References (94)

1. H. A. Frank and R. J. Cogdell, Photochem. Photobiol. 63, 257 (1996). 10.1111/j.1751-1097.1996.tb03022.x
2. T. Polívka and V. Sundström, Chem. Rev. 104, 2021 (2004). 10.1021/cr020674n
3. T. Polívka and H. A. Frank, Acc. Chem. Res. 43, 1125 (2010). 10.1021/ar100030m
4. P. O. Andersson, S. M. Bachilo, R.-L. Chen, and T. Gillbro, J. Phys. Chem. 99, 16199 (1995). 10.1021/j100044a002
5. H. A. Frank, R. Z. B. Desamero, V. Chynwat, R. Gebhard, I. van der Hoef, F. J. Jansen, J. Lugtenburg, D. Gosztola, and M. R. Wasielewski, J. Phys. Chem. A 101, 149 (1997). 10.1021/jp962373l
6. D. Polli, G. Cerullo, G. Lanzani, S. De Silvestri, K. Yanagi, H. Hashimoto, and R. J. Cogdell, Phys. Rev. Lett. 93, 163002 (2004). 10.1103/PhysRevLett.93.163002
7. T. Buckup, J. Savolainen, W. Wohlleben, J. L. Herek, H. Hashimoto, R. R. B. Correia, and M. Motzkus, J. Chem. Phys. 125, 194505 (2006). 10.1063/1.2388274 (Pubitemid 44867351)
8. D. Niedzwiedzki, J. F. Koscielecki, H. Cong, J. O. Sullivan, G. N. Gibson, R. R. Birge, and H. A. Frank, J. Phys. Chem. B 111, 5984 (2007). 10.1021/jp070500f (Pubitemid 46924055)
9. D. Kosumi, M. Fujiwara, R. Fujii, R. J. Cogdell, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, J. Chem. Phys. 130, 214506 (2009). 10.1063/1.3147008
10. P. Tavan and K. Schulten, Phys. Rev. B 36, 4337 (1987). 10.1103/PhysRevB.36.4337
11. P. Tavan and K. Schulten, J. Chem. Phys. 85, 6602 (1986). 10.1063/1.451442
12. Y. Kurashige, H. Nakano, Y. Nakao, and K. Hirao, Chem. Phys. Lett. 400, 425 (2004). 10.1016/j.cplett.2004.10.141
13. C. M. Marian and N. Gilka, J. Chem. Theory Comput. 4, 1501 (2008). 10.1021/ct8001738
14. M. Kleinschmidt, C. M. Marian, M. Waletzke, and S. Grimme, J. Chem. Phys. 130, 044708 (2009). 10.1063/1.3062842
15. T. Polívka and V. Sundström, Chem. Phys. Lett. 477, 1 (2009). 10.1016/j.cplett.2009.06.011
16. E. Ostroumov, M. G. Müller, C. M. Marian, M. Kleinschmidt, and A. R. Holzwarth, Phys. Rev. Lett. 103, 108302 (2009). 10.1103/PhysRevLett.103.108302
17. D. Kosumi, K. Yanagi, R. Fujii, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, Chem. Phys. Lett. 425, 66 (2006). 10.1016/j.cplett.2006.05.023 (Pubitemid 44202195)
18. H. Hashimoto, K. Yanagi, M. Yoshizawa, D. Polli, G. Cerullo, G. Lanzani, S. De Silvestri, A. T. Gardiner, and R. J. Cogdell, Arch. Biochem. Biophys. 430, 61 (2004). 10.1016/j.abb.2004.04.022 (Pubitemid 39119780)
19. M. Sugisaki, M. Fujiwara, D. Kosumi, R. Fujii, M. Nango, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto, Phys. Rev. B 81, 245112 (2010). 10.1103/PhysRevB.81.245112
20. M. Sugisaki, M. Fujiwara, S. V. Nair, H. E. Ruda, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto, Phys. Rev. B 80, 035118 (2009). 10.1103/PhysRevB.80.035118
21. M. S. Marek, T. Buckup, and M. Motzkus, J. Phys. Chem. B 115, 8328 (2011). 10.1021/jp202753j
22. G. Cerullo, D. Polli, G. Lanzani, S. De Silvestri, H. Hashimoto, and R. J. Cogdell, Science 298, 2395 (2002). 10.1126/science.1074685 (Pubitemid 36014214)
23. M. Ikuta, A. Yabushita, F. S. Rondonuwu, J. Akahane, Y. Koyama, and T. Kobayashi, Chem. Phys. Lett. 422, 95 (2006). 10.1016/j.cplett.2006.02.042
24. K. Nishimura, F. S. Rondonuwu, R. Fujii, J. Akahane, Y. Koyama, and T. Kobayashi, Chem. Phys. Lett. 392, 68 (2004). 10.1016/j.cplett.2004.04.109
25. K. Furuichi, T. Sashima, and Y. Koyama, Chem. Phys. Lett. 356, 547 (2002). 10.1016/S0009-2614(02)00412-8
26. M. Maiuri, D. Polli, D. Brida, L. Luer, A. M. LaFountain, M. Fuciman, R. J. Cogdell, H. A. Frank, and G. Cerullo, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 6312 (2012). 10.1039/c2cp23585d
27. C. C. Gradinaru, J. T. M. Kennis, E. Papagiannakis, I. H. M. van Stokkum, R. J. Cogdell, G. R. Fleming, R. A. Niederman, and R. van Grondelle, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 2364 (2001). 10.1073/pnas.051501298 (Pubitemid 32209488)
28. P. O. Andersson and T. Gillbro, J. Chem. Phys. 103, 2509 (1995). 10.1063/1.469672
29. W. Wohlleben, T. Buckup, H. Hashimoto, R. J. Cogdell, J. L. Herek, and M. Motzkus, J. Phys. Chem. B 108, 3320 (2004). 10.1021/jp036145k
30. J. Savolainen, T. Buckup, J. Hauer, A. Jafarpour, C. Serrat, M. Motzkus, and J. L. Herek, Chem. Phys. 357, 181 (2009). 10.1016/j.chemphys.2009.01.002
31. T. Lenzer, F. Ehlers, M. Scholz, R. Oswald, and K. Oum, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 8832 (2010). 10.1039/b925071a
32. P. Chábera, M. Fuciman, P. Hribek, and T. Polívka, Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 8795 (2009). 10.1039/b909924g
33. K. Golibrzuch, F. Ehlers, M. Scholz, R. Oswald, T. Lenzer, K. Oum, H. Kim, and S. Koo, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 6340 (2011). 10.1039/c0cp02525a
34. J. Savolainen, N. Dijkhuizen, R. Fanciulli, P. A. Liddell, D. Gust, T. A. Moore, A. L. Moore, J. Hauer, T. Buckup, M. Motzkus, and J. L. Herek, J. Phys. Chem. B 112, 2678 (2008). 10.1021/jp0757199 (Pubitemid 351472977)
35. T. Polívka, S. P. Balashov, P. Chábera, E. S. Imasheva, A. Yartsev, V. Sundström, and J. K. Lanyi, Biophys. J. 96, 2268 (2009). 10.1016/j.bpj.2009.01.004
36. S. Amarie, D. Lupo, M. Lenz, R. Saegesser, R. Ghosh, and J. Wachtveitl, Photosynth. Res. 103, 141 (2010). 10.1007/s11120-009-9520-5
37. A. E. Jailaubekov, S.-H. Song, M. Vengris, R. J. Cogdell, and D. S. Larsen, Chem. Phys. Lett. 487, 101 (2010). 10.1016/j.cplett.2010.01.014
38. H. Cong, D. M. Niedzwiedzki, G. N. Gibson, A. M. LaFountain, R. M. Kelsh, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, and H. A. Frank, J. Phys. Chem. B 112, 10689 (2008). 10.1021/jp711946w
39. E. Papagiannakis, J. T. M. Kennis, I. H. M. van Stokkum, R. J. Cogdell, and R. van Grondelle, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 6017 (2002). 10.1073/pnas.092626599 (Pubitemid 34493257)
40. E. Papagiannakis, van Stokkum I. H. M., M. Vengris, R. J. Cogdell, R. van Grondelle, and D. S. Larsen, J. Phys. Chem. B 110, 5727 (2006). 10.1021/jp054633h
41. R. Nakamura, K. Nakagawa, M. Nango, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, J. Phys. Chem. B 115, 3233 (2011). 10.1021/jp111718k
42. J. Zhu, I. Gdor, E. Smolensky, N. Friedman, M. Sheves, and S. Ruhman, J. Phys. Chem. B 114, 3038 (2010). 10.1021/jp910845h
43. A. E. Jailaubekov, M. Vengris, S.-H. Song, T. Kusumoto, H. Hashimoto, and D. S. Larsen, J. Phys. Chem. A 115, 3905 (2011). 10.1021/jp1082906
44. R. Berera, I. H. M. van Stokkum, G. Kodis, A. E. Keirstead, S. Pillai, C. Herrero, R. E. Palacios, M. Vengris, R. van Grondelle, D. Gust, T. A. Moore, A. L. Moore, and J. T. M. Kennis, J. Phys. Chem. B 111, 6868 (2007). 10.1021/jp071010q (Pubitemid 47152568)
45. D. S. Larsen, E. Papagiannakis, I. H. M. van Stokkum, M. Vengris, J. T. M. Kennis, and R. van Grondelle, Chem. Phys. Lett. 381, 733 (2003). 10.1016/j.cplett.2003.10.016
46. N. Christensson, F. Milota, A. Nemeth, J. Sperling, H. F. Kauffmann, T. Pullerits, and J. Hauer, J. Phys. Chem. B 113, 16409 (2009). 10.1021/jp906604j
47. G. Kodis, C. Herrero, R. Palacios, E. Marino-Ochoa, S. Gould, L. de la Garza, R. van Grondelle, D. Gust, T. A. Moore, A. L. Moore, and J. T. M. Kennis, J. Phys. Chem. B 108, 414 (2004). 10.1021/jp036139o
48. E. Papagiannakis, M. Vengris, L. Valkunas, R. J. Cogdell, R. van Grondelle, and D. S. Larsen, J. Phys. Chem. B 110, 5737 (2006). 10.1021/jp054634+
49. E. E. Ostroumov, M. G. M. l. M. Reus, and A. R. Holzwarth, J. Phys. Chem. A 115, 3698 (2010). 10.1021/jp105385c
50. H. Rademaker, A. J. Hoff, R. Van Grondelle, and L. N. M. Duysens, Biochim. Biophys. Acta 592, 240 (1980). 10.1016/0005-2728(80)90185-1
51. T. G. Monger, R. J. Cogdell, and W. W. Parson, Biochim. Biophys. Acta 449, 136 (1976). 10.1016/0005-2728(76)90013-X
52. D. Niedzwiedzki, M. Kobayashi, and R. Blankenship, Photosynth. Res. 107, 177 (2011). 10.1007/s11120-011-9620-x
53. F. S. Rondonuwu, Y. Watanabe, R. Fujii, and Y. Koyama, Chem. Phys. Lett. 376, 292 (2003). 10.1016/S0009-2614(03)00983-7
54. R. Fujii, T. Ishikawa, Y. Koyama, M. Taguchi, Y. Isobe, H. Nagae, and Y. Watanabe, J. Phys. Chem. A 105, 5348 (2001). 10.1021/jp010150b (Pubitemid 35377918)
55. K. Nakagawa, S. Suzuki, R. Fujii, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, M. Nango, and H. Hashimoto, J. Phys. Chem. B 112, 9467 (2008). 10.1021/jp801773j
56. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H. A. Frank, and H. Hashimoto, Chem. Phys. Lett. 483, 95 (2009). 10.1016/j.cplett.2009.10.077
57. D. Kosumi, K. Abe, H. Karasawa, M. Fujiwara, R. J. Cogdell, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, Chem. Phys. 373, 33 (2010). 10.1016/j.chemphys.2009.12.013
58. See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4737129 E-JCPSA6-137-039228 for additional supporting data of this study.
59. P. J. Walla, P. A. Linden, C.-P. Hsu, G. D. Scholes, and G. R. Fleming, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 10808 (2000). 10.1073/pnas.190230097
60. P. J. Walla, J. Yom, B. P. Krueger, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 104, 4799 (2000). 10.1021/jp9943023
61. T. Buckup, T. Lebold, A. Weigel, W. Wohlleben, and M. Motzkus, J. Photochem. Photobiol. A 180, 314 (2006). 10.1016/j.jphotochem.2006.03.001
62. D. Kosumi, M. Fujiwara, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 104715 (2009). 10.1143/JPSJ.78.104715
63. I. Stepanenko, V. Kompanetz, Z. Makhneva, S. Chekalin, A. Moskalenko, and A. Razjivin, J. Phys. Chem. B 113, 11720 (2009). 10.1021/jp906565m
64. C. Musewald, G. Hartwich, F. Pollinger-Dammer, H. Lossau, H. Scheer, and M. E. Michel-Beyerle, J. Phys. Chem. B 102, 8336 (1998). 10.1021/jp982309z
65. C. Musewald, G. Hartwich, H. Lossau, P. Gilch, F. Pollinger-Dammer, H. Scheer, and M. E. Michel-Beyerle, J. Phys. Chem. B 103, 7055 (1999). 10.1021/jp991388r
66. E. Papagiannakis, S. K. Das, A. Gall, I. H. M. van Stokkum, B. Robert, R. van Grondelle, H. A. Frank, and J. T. M. Kennis, J. Phys. Chem. B 107, 5642 (2003). 10.1021/jp027174i
67. D. Kosumi, M. Komukai, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, Phys. Rev. Lett. 95, 213601 (2005). 10.1103/PhysRevLett.95.213601 (Pubitemid 41777043)
68. M. Yoshizawa, D. Kosumi, M. Komukai, and H. Hashimoto, Laser Phys. 16, 325 (2006). 10.1134/S1054660X06020204 (Pubitemid 44726256)
69. D. Kosumi, S. Maruta, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto, Angew. Chem., Int. Ed. 50, 1097 (2011). 10.1002/anie.201003771
70. S. Maruta, D. Kosumi, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto, Phys. Status Solidi B 248, 403 (2011). 10.1002/pssb.201000687
71. M. B. Smith and J. Michl, Chem. Rev. 110, 6891 (2010). 10.1021/cr1002613
72. A. Smeigh, M. Creelman, R. Mathies, and J. McCusker, J. Am. Chem. Soc. 130, 14105 (2008). 10.1021/ja805949s
73. M. Iwamura, S. Takeuchi, and T. Tahara, J. Am. Chem. Soc. 129, 5248 (2007). 10.1021/ja069300s (Pubitemid 46651403)
74. C. Musewald, P. Gilch, G. Hartwich, F. Pollinger-Dammer, H. Scheer, and M. E. Michel-Beyerle, J. Am. Chem. Soc. 121, 8876 (1999). 10.1021/ja9842520 (Pubitemid 29461537)
75. Y. Mukai-Kuroda, R. Fujii, N. Ko-chi, T. Sashima, Y. Koyama, M. Abe, R. Gebhard, I. van der Hoef, and J. Lugtenburg, J. Phys. Chem. A 106, 3566 (2002). 10.1021/jp0130822 (Pubitemid 35289823)
76. C.-P. Hsu, P. J. Walla, M. Head-Gordon, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 105, 11016 (2001). 10.1021/jp0119835 (Pubitemid 35338526)
77. G. D. Scholes and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 104, 1854 (2000). 10.1021/jp993435l
78. S. Bode, C. C. Quentmeier, P.-N. Liao, N. Hafi, T. Barros, L. Wilk, F. Bittner, and P. J. Walla, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 12311 (2009). 10.1073/pnas.0903536106
79. M. Kloz, S. Pillai, G. Kodis, D. Gust, T. A. Moore, A. L. Moore, R. van Grondelle, and J. T. M. Kennis, J. Am. Chem. Soc. 133, 7007 (2011). 10.1021/ja1103553
80. G. McDermott, S. M. Prince, A. A. Freer, A. M. Hawthornthwaite-Lawless, M. Z. Papiz, R. J. Cogdell, and N. W. Isaacs, Nature (London) 374, 517 (1995). 10.1038/374517a0
81. J. Koepke, X. Hu, C. Muenke, K. Schulten, and H. Michel, Structure 4, 581 (1996). 10.1016/S0969-2126(96)00063-9
82. N. E. Holt, J. T. M. Kennis, L. Dall'Osto, R. Bassi, and G. R. Fleming, Chem. Phys. Lett. 379, 305 (2003). 10.1016/j.cplett.2003.08.039
83. E. Papagiannakis, I. H. M. van Stokkum, R. van Grondelle, R. A. Niederman, D. Zigmantas, V. Sundström, and T. Polívka, J. Phys. Chem. B 107, 11216 (2003). 10.1021/jp034931j
84. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H. A. Frank, and H. Hashimoto, J. Lumin. 131, 515 (2011). 10.1016/j.jlumin.2010.09.018
85. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H. A. Frank, and H. Hashimoto, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 10762 (2011). 10.1039/c0cp02568b
86. S. Albert-Seifried and R. H. Friend, Appl. Phys. Lett. 98, 223304 (2011). 10.1063/1.3595340
87. S. Shim and R. A. Mathies, J. Phys. Chem. B 112, 4826 (2008). 10.1021/jp710518y
88. V. Lukes, N. Christensson, F. Milota, H. F. Kauffmann, and J. Hauer, Chem. Phys. Lett. 506, 122 (2011). 10.1016/j.cplett.2011.02.060
89. T. R. Calhoun, J. A. Davis, M. W. Graham, and G. R. Fleming, Chem. Phys. Lett. 523, 1 (2012). 10.1016/j.cplett.2011.10.051
90. M. Sugisaki, K. Yanagi, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto, Phys. Rev. B 75, 155110 (2007). 10.1103/PhysRevB.75.155110
91. G. Cerullo, G. Lanzani, M. Zavelani-Rossi, and S. De Silvestri, Phys. Rev. B 63, 241104 (2001). 10.1103/PhysRevB.63.241104
92. M. Yoshizawa, H. Aoki, and H. Hashimoto, Phys. Rev. B 63, 180301 (2001). 10.1103/PhysRevB.63.180301
93. H. Hashimoto, Y. Miki, M. Kuki, T. Shimamura, H. Utsumi, and Y. Koyama, J. Am. Chem. Soc. 115, 9216 (2002). 10.1021/ja00073a042
94. H. Hayashi, S. V. Kolaczkowski, T. Noguchi, D. Blanchard, and G. H. Atkinson, J. Am. Chem. Soc. 112, 4664 (1990). 10.1021/ja00168a006 (Pubitemid 20285908)