Ultrafast photochemistry of light-adapted and dark-adapted bacteriorhodopsin: Effects of the initial retinal configuration

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 116, Issue 35, 2012, Pages 10444-10452

  Wand, Amir ^a   Friedman, Noga ^b   Sheves, Mordechai ^b   Ruhman, Sanford ^a  

^a HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

^b WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL REACTIONS; DYNAMICS; GROUND STATE; OPHTHALMOLOGY; PROTEINS; VISION;

BACTERIORHODOPSIN (BR); FEMTOSECOND SPECTROSCOPY; GENERAL TRENDS; GROUND STATE CONFIGURATION; INTERNAL CONVERSIONS; RETINAL PROSTHETICS; RETINAL PROTEINS; RHODOSPIN; ULTRA-FAST; VISUAL PIGMENTS;

ALDEHYDES;

EID: 84865960431     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp2125284     Document Type: Article

References (92)

1. Oesterhelt, D.; Stoeckenius, W. Nature New Biol. 1971, 233, 149-152
2. Stoeckenius, W.; Lozier, R. H.; Bogomolni, R. A. Biochim. Biophys. Acta 1979, 505, 215-278
3. Scherrer, P.; Mathew, M. K.; Sperling, W.; Stoeckenius, W. Biochemistry 1989, 28, 829-834
4. Kalisky, O.; Goldschmidt, C. R.; Ottolenghi, M. Biophys. J. 1977, 19, 185-189
5. Sperling, W.; Carl, P.; Rafferty, C. N.; Dencher, N. A. Biophys. Struct. Mech. 1977, 3, 79-94
6. Hofrichter, J.; Henry, E. R.; Lozier, R. H. Biophys. J. 1989, 56, 693-706
7. Roepe, P.; Ahl, P.; Herzfeld, J.; Lugtenburg, J.; Rothschild, K. J. Biol. Chem. 1988, 263, 5110-5117
8. Petrich, J. W.; Breton, J.; Martin, J. L.; Antonetti, A. Chem. Phys. Lett. 1987, 137, 369-375
9. Dobler, J.; Zinth, W.; Kaiser, W.; Oesterhelt, D. Chem. Phys. Lett. 1988, 144, 215-220
10. Mathies, R. A.; Brito Cruz, C. H.; Pollard, W. T.; Shank, C. V. Science 1988, 240, 777-779
11. Kochendoerfer, G. G.; Mathies, R. A. Isr. J. Chem. 1995, 35, 211-226
12. Kobayashi, T.; Kim, M.; Taiji, M.; Iwasa, T.; Nakagawa, M.; Tsuda, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 272-280
13. Haran, G.; Wynne, K.; Xie, A.; He, Q.; Chance, M.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. Lett. 1996, 261, 389-395
14. Haacke, S.; Vinzani, S.; Schenkl, S.; Chergui, M. ChemPhysChem 2001, 2, 310-315
15. Schmidt, B.; Sobotta, C.; Heinz, B.; Laimgruber, S.; Braun, M.; Gilch, P. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1706, 165-173
16. Haacke, S.; Schenkl, S.; Vinzani, S.; Chergui, M. Biopolymers 2002, 67, 306-309
17. Gai, F.; Hasson, K.; McDonald, J. C.; Anfinrud, P. A. Science 1998, 279, 1886-1891
18. Smith, S. O.; Braiman, M. S.; Myers, A. B.; Pardoen, J. A.; Courtin, J. M. L.; Winkel, C.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3108-3125
19. Pollard, W. T.; Dexheimer, S. L.; Wang, Q.; Peteanu, L. A.; Shank, C. V.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1992, 96, 6147-6158
20. Song, L.; El-Sayed, M. A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8889-8890
21. Atkinson, G. H.; Ujj, L.; Zhou, Y. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4130-4139
22. Kobayashi, T.; Saito, T.; Ohtani, H. Nature 2001, 414, 531-534
23. McCamant, D. W.; Kukura, P.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10449-10457
24. Shim, S.; Dasgupta, J.; Mathies, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7592-7597
25. Ruhman, S.; Hou, B.; Friedman, N.; Ottolenghi, M.; Sheves, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8854-8858
26. Briand, J.; Léonard, J.; Haacke, S. J. Opt. 2010, 12, 084004
27. Diller, R. In Ultrashort Laser Pulses in Biology and Medicine; Braun, M.; Gilch, P.; Zinth, W., Eds.; Springer: Berlin Heidelberg, 2008; pp 243-277.
28. Bismuth, O.; Komm, P.; Friedman, N.; Eliash, T.; Sheves, M.; Ruhman, S. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 3046-3051
29. Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1991, 254, 412-415
30. Haran, G.; Morlino, E. A.; Matthes, J.; Callender, R. H.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2202-2207
31. Wang, Q.; Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Science 1994, 266, 422-424
32. Polli, D.; Altoè, 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, 440-443
33. Lugtenburg, J.; Mathies, R. A.; Griffin, R. G.; Herzfeld, J. Trends Biochem. Sci. 1988, 13, 388-393
34. Kochendoerfer, G. G.; Verdegem, P. J.; van der Hoef, I.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. Biochemistry 1996, 35, 16230-16240
35. Brown, M. F.; Heyn, M. P.; Job, C.; Kim, S.; Moltke, S.; Nakanishi, K.; Nevzorov, A. A.; Struts, A. V.; Salgado, G. F. J.; Wallat, I. Biochim. Biophys. Acta 2007, 1768, 2979-3000
36. Okada, T.; Sugihara, M.; Bondar, A.-N.; Elstner, M.; Entel, P.; Buss, V. J. Mol. Biol. 2004, 342, 571-583
37. Sugihara, M.; Hufen, J.; Buss, V. Biochemistry 2006, 45, 801-810
38. Virshup, A. M.; Punwong, C.; Pogorelov, T. V.; Lindquist, B. A.; Ko, C.; Martínez, T. J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 3280-3291
39. Gascon, J. A.; Batista, V. S. Biophys. J. 2004, 87, 2931-2941
40. Weingart, O.; Schapiro, I.; Buss, V. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 3782-3788
41. Hayashi, S.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K. Biophys. J. 2009, 96, 403-416
42. Cembran, A.; González-Luque, R.; Serrano-Andrés, L.; Merchán, M.; Garavelli, M. Theor. Chem. Acc. 2007, 118, 173-183
43. Moltke, S.; Nevzorov, A. A.; Sakai, N.; Wallat, I.; Job, C.; Nakanishi, K.; Heyn, M. P.; Brown, M. F. Biochemistry 1998, 37, 11821-11835
44. Nishikawa, T.; Murakami, M.; Kouyama, T. J. Mol. Biol. 2005, 352, 319-328
45. Schoenlein, R. W.; Peteanu, L. A.; Wang, Q.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. J. Phys. Chem. 1993, 97, 12087-12092
46. Birge, R. R.; Einterz, C. M.; Knapp, H. M.; Murray, L. P. Biophys. J. 1988, 53, 367-385
47. Polli, D.; Brida, D.; Manzoni, C.; Spillane, K. M.; Garavelli, M.; Kukura, P.; Mathies, R. A.; Cerullo, G. Abstract of papers; In CLEO:2011-Laser Applications to Photonic Applications; Optical Society of America: Baltimore, MD, 2011; OSA Technical Digest (CD), paper JThB42.
48. Kukura, P.; McCamant, D. W.; Yoon, S.; Wandschneider, D. B.; Mathies, R. A. Science 2005, 310, 1006-1009
49. McCamant, D. W. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 9299-9305
50. Schapiro, I.; Ryazantsev, M. N.; Frutos, L. M.; Ferré, N.; Lindh, R.; Olivucci, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3354-3364
51. Ye, T.; Gershgoren, E.; Friedman, N.; Ottolenghi, M.; Sheves, M.; Ruhman, S. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 429-434
52. Kobayashi, T.; Terauchi, M.; Kouyama, T.; Yoshizawa, M.; Taiji, M. Proc. SPIE 1991, 1403, 407-416
53. Song, L.; El-Sayed, M. A.; Lanyi, J. K. Science 1993, 261, 891-894
54. Logunov, S. L.; El-Sayed, M. A.; Lanyi, J. K. Biophys. J. 1996, 70, 2875-2881
55. Logunov, S. L.; El-Sayed, M. A.; Lanyi, J. K. Biophys. J. 1996, 71, 1545-1553
56. Wand, A.; Rozin, R.; Eliash, T.; Jung, K.-H.; Sheves, M.; Ruhman, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20922-20932
57. Jung, K.-H.; Trivedi, V. D.; Spudich, J. L. Mol. Microbiol. 2003, 47, 1513-1522
58. Kawanabe, A.; Kandori, H. Sensors 2009, 9, 9741-9804
59. Oesterhelt, D.; Stoeckenius, W. In Biomembranes Part A; Sidney Fleischer, L. P., Ed.; Academic Press: New York, 1974; Vol. 31, pp 667-678.
60. Polli, D.; Brida, D.; Mukamel, S.; Lanzani, G.; Cerullo, G. Phys. Rev. A 2010, 82, 053809
61. Gonzalez-Luque, R.; Garavelli, M.; Bernardi, F.; Merchán, M.; Robb, M. A.; Olivucci, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 9379-9384
62. Garavelli, M.; Bernardi, F.; Olivucci, M.; Vreven, T.; Klein, S.; Celani, P.; Robb, M. A. Faraday Discuss. 1998, 110, 51-70
63. Ben-Nun, M.; Molnar, F.; Schulten, K.; Martinez, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 1769-1773
64. Kraack, J. P.; Buckup, T.; Hampp, N.; Motzkus, M. ChemPhysChem 2011, 12, 1851-1859
65. Rosenfeld, T.; Honig, B.; Ottolenghi, M.; Hurley, J.; Ebrey, T. G. Pure Appl. Chem. 1977, 49, 341-351
66. Birge, R. R. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1990, 1016, 293-327
67. Warshel, A.; Chu, Z. T. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9857-9871
68. Ben-Nun, M.; Molnar, F.; Lu, H.; Phillips, J. C.; Martínez, T. J.; Schulten, K. Faraday Discuss. 1998, 110, 447-462
69. Logunov, S. L.; Song, L.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18586-18591
70. Olivucci, M.; Lami, A.; Santoro, F. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2005, 44, 5118-5121
71. Cembran, A.; Bernardi, F.; Olivucci, M.; Garavelli, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 6255-6260
72. Molteni, C.; Frank, I.; Parrinello, M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 12177-12183
73. Hayashi, S.; Tajkhorshid, E.; Schulten, K. Biophys. J. 2003, 85, 1440-1449
74. Alfano, R. R.; Govindjee, R.; Becher, B.; Ebrey, T. G. Biophys. J. 1976, 16, 541-545
75. Shapiro, S. L.; Campillo, A. J.; Lewis, A.; Perreault, G. J.; Spoonhower, J. P.; Clayton, R. K.; Stoeckenius, W. Biophys. J. 1978, 23, 383-393
76. Tittor, J.; Oesterhelt, D. FEBS Lett. 1990, 263, 269-273
77. Strambi, A.; Durbeej, B.; Ferré, N.; Olivucci, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 21322-21326
78. Altoè, P.; Cembran, A.; Olivucci, M.; Garavelli, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 20172-20177
79. Levine, B. G.; Martínez, T. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 613-634
80. Braun-Sand, S.; Sharma, P. K.; Chu, Z. T.; Pisliakov, A. V.; Warshel, A. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 441-452
81. Humphrey, W.; Lu, H.; Logunov, I.; Werner, H. J.; Schulten, K. Biophys. J. 1998, 75, 1689-1699
82. Logunov, I.; Humphrey, W.; Schulten, K.; Sheves, M. Biophys. J. 1995, 68, 1270-1282
83. Zhu, J.; Bismuth, O.; Gdor, I.; Wand, A.; Friedman, N.; Sheves, M.; Ruhman, S. Chem. Phys. Lett. 2009, 479, 229-233
84. Logunov, S. L.; Masciangioli, T. M.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8109-8112
85. Tomasello, G.; Olaso-González, G.; Altoè, P.; Stenta, M.; Serrano-Andrés, L.; Merchán, M.; Orlandi, G.; Bottoni, A.; Garavelli, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5172-5186
86. Frutos, L. M.; Andruniów, T.; Santoro, F.; Ferré, N.; Olivucci, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 7764-7769
87. Tajkhorshid, E.; Baudry, J.; Schulten, K.; Suhai, S. Biophys. J. 2000, 78, 683-693
88. Bryl, K.; Yoshihara, K. Eur. Biophys. J. 2002, 31, 539-548
89. Smith, S. O.; Pardoen, J. A.; Lugtenburg, J.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. 1987, 91, 804-819
90. Smith, S. O.; De Groot, H. J. M.; Gebhard, R.; Courtin, J. M. L.; Lugtenburg, J.; Herzfeld, J.; Griffin, R. G. Biochemistry 1989, 28, 8897-8904
91. De Groot, H. J. M.; Harbison, G. S.; Herzfeld, J.; Griffin, R. G. Biochemistry 1989, 28, 3346-3353
92. Mizuide, N.; Shibata, M.; Friedman, N.; Sheves, M.; Belenky, M.; Herzfeld, J.; Kandori, H. Biochemistry 2006, 45, 10674-10681