Full geometry optimizations of the mixed-valence CaMn4O 4X(H2O)4 (X=OH or O) cluster in OEC of PS II: Degree of symmetry breaking of the labile Mn-X-Mn bond revealed by several hybrid DFT calculations

International Journal of Quantum Chemistry

Volumn 113, Issue 4, 2013, Pages 525-541

  Yamaguchi, K ^a,b   Isobe, H ^a   Yamanaka, S ^c   Saito, T ^c   Kanda, K ^c   Shoji, M ^d   Umena, Y ^c   Kawakami, K ^e   Shen, J R ^f   Kamiya, N ^e   Okumura, M ^c  

^a Handairigaku Techno Research (NPO)   (Japan)

^b TOYOTA PHYSICAL AND CHEMICAL RESEARCH INSTITUTE   (Japan)

^c OSAKA UNIVERSITY   (Japan)

^d UNIVERSITY OF TSUKUBA   (Japan)

^e Osaka Prefecture University   (Japan)

^f OKAYAMA UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

EXAFS; hybrid DFT; new XRD of PSII; protonation of bridging oxo group; X ray damage

Indexed keywords

CLUSTER STRUCTURE; COMPUTATIONAL RESULTS; DEGREE OF SYMMETRY; ELECTRON SPIN-ECHO ENVELOPE MODULATIONS; EXAFS; GEOMETRY OPTIMIZATION; HIGH RESOLUTION; HYBRID DFT; HYBRID DFT METHOD; MIXED VALENCE; MN IONS; OXYGEN-EVOLVING COMPLEXES; PHOTOSYSTEM II; PROTONATED; WATER SPLITTING REACTIONS; X RAY IRRADIATION; X-RAY DAMAGE; XRD; XRD STRUCTURE;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; GEOMETRY; MANGANESE COMPOUNDS; OXYGEN; PHOTODEGRADATION; PROTONATION; REDUCTION; X RAY DIFFRACTION;

MANGANESE;

EID: 84872938327     PISSN: 00207608     EISSN: 1097461X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/qua.24117     Document Type: Article

References (63)

1. V. K. Yachndra, K. Sauer, M. P. Klein, Chem. Rev. 1996, 96, 2927.
2. J. H. Robblee, R. M. Cinco, V. K. Yachandra, Biochim. Biophys. Acta 2001, 1503, 7.
3. H. Dau, L. Iuzzolino, J. Dittmer, Biochim. Biophys. Acta 2001, 1503, 24.
4. R. M. Cinco, K. L. M. Holman, J. H. Robblee, J. Yano, S. A. Pizarro, E. Bellacchio, K. Sauer, V. K. Yachandra, Biochemistry 2002, 41, 12928.
5. H. Dau, P. Liebisch, M. Haumann, Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 4781.
6. J. Yano, Y. Pushkar, P. Glatzel, A. Lewis, K. Sauer, J. Messinger, U. Bergmann, V. K. Yachandra, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14974.
7. J. Yano, J. Kern, K. Sauer, M. J. Latimer, Y. Pushkar, J. Biesiadka, B. Loll, W. Saenger, J. Messinger, A. Zouni, V. K. Yachandra, Science 2006, 314, 821.
8. H. Dau, A. Grundmeier, P. Loja, M. Haumann, Phil. Trans. R. Soc. 2008, B363, 1237.
9. A. Grundmeier, H. Dau, Biochem. Biophys. Acta 2012, 1817, 88.
10. N. Kamiya, J. R. Shen, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 98.
11. K. Ferreira, T. Iverson, K. Maghlaoui, J. Baber, S. Iwata, Science 2004, 303, 1831.
12. J. Biesiadka, B. Loll, J. Kern, K. D. Irrgang, A. Zouni, Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 4733.
13. B. Loll, J. Kern, W. Saenger, A. Zouni, J. Biesiadka, Nature 2005, 438, 1040.
14. R. Krivanek, J. Kern, A. Zouni, H. Dau, M. Haumann, Biochim. Biophys. Acta 2007, 1767, 520.
15. A. Guskov, J. Kern, A. Gabdulkhakov, M. Broser, A. Zouni, W. Saenger, Nat. Struct. Mol. Biol. 2009, 16, 334.
16. K. Kawakami, Y. Umena, N. Kamiya, J. R. Shen, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 8567.
17. J. H. Robblee, J. Messinger, R. M. Cinco, K. L. McFarlane, C. C. Fernandez, S. A. Pizarro, K. Sauer, V. K. Yachandra, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7459.
18. J.-H. Su, J. Messinger, Appl. Magn. Reson. 2010, 37, 123.
19. W. Lubitz, E. J. Reijerse, Messinger, J. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 15.
20. L. V. Kulik, B. Epel, W. Lubitz, J. Messinger, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2392.
21. L. V. Kulik, B. Epel, J. Messinger Biochem. 2005, 44, 9368.
22. L. V. Kulik, B. Epel, W. Rubitz, J. Messinger, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13421.
23. J. M. Peloguin, K. A. Campbell, D. W. Randall, M. A. Evanchik, V. L. Pecoraro, W. H. Armstrong, R. D. Britt, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10926.
24. C. P. Azna, R. D. Britt, Phil. Trans. R. Soc. London 2002, B357, 1359.
25. R. D. Britt, K. A. Cambell, J. M. Peloguin, M. L. Gilchrist, C. P. Aznar, M. M. Dicus, J. Robblee, J. Messinger, J. Biochem. Biophys. Acta 2004, 1644, 158.
26. Y. Umena, K. Kawakami, J. R. Shen, N. Kamiya, Nature 2011, 473, 55.
27. K. Kawakami, Y. Umena, N. Kamiya, J.-R. Shen, J. Photochem. Photobiol. 2011, B104, 9.
28. B. Kok, B. Forbush, M. McGloin, Photochem. Photobiol. 1970, 11, 457.
29. K. Kanda, S. Yamanaka, T. Saito, Y. Umena, K. Kawakami, J.-R. Shen, N. Kamiya, M. Okumura, H. Nakamura, K. Yamaguchi, Chem. Phys. Lett. 2011, 506, 98.
30. S. Yamanaka, H. Isobe, K. Kanda, T. Saito, K. Umena, K. Kawakami, J.-R. Shen, N. Kamiya, M. Okumura, H. Nakamura, K. Yamaguchi, Chem. Phys. Lett. 2011, 511, 138.
31. T. Saito, S. Yamanaka, K. Kanda, H. Isobe, Y. Takano, Y. Shigeta, Y. Umena, K. Kawakami, J.-R. Shen, N. Kamiya, M. Okumura, M. Shoji, Y. Yoshioka, K. Yamaguchi, Int. J. Quantum Chem. 2011, 112, 253.
32. S. Yamanaka, T. Saito, K. Kanda, H. Isobe, Y. Umena, K. Kawakami, J.-R. Shen, N. Kamiya, M. Okumura, H. Nakamura, K. Yamaguchi, Int. J. Quantum Chem. 2011, 112, 321.
33. T. Noguchi, Phil. Trans. R. Soc. 2008, B363, 1189.
34. S. Petrie, R. Stranger, R. J. Pace, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4233.
35. (a), K. Yamaguchi, Chem. Phys. Lett. 1975, 33, 330
36. (b), K. Yamaguchi, Chem. Phys. Lett. 1975, 35, 230
37. (c), K. Yamaguchi, Chem. Phys. Lett. 1979, 66, 395.
38. K. Yamaguchi, Y. Takahara, T. Fueno, In Applied Quantum Chem;, V. H. Smith, H. F. Schaefer, K. Morokuma, Eds.;, D. Reidel,; Boston, l986; p. 155.
39. T. Soda, Y. Kitagawa, T. Onishi, Y. Takano, Y. Shigeta, H. Nagao, Y. Yoshioka, K. Yamaguchi, Chem. Phys. Lett. 2000, 319, 223.
40. M. Mitani, Y. Wakamatsu, T. Katsurada, Y. Yoshioka, J. Phys. Chem. A 2006, 110, 13895.
41. P. E. M. Siegbahn, Photochem. Photobiol. 2011, 511, 138.
42. P. E. M. Siegbahn, ChemPhysChem 2011, 12, 3274.
43. S. Luber, I. Rivalta, Y. Umeya, K. Kawakami, J.-R. Shen, N. Kamiya, G. R. Brudvig, V. S. Batsita, Biochemistry 2011, 50, 6308.
44. M. Kusunoki, J. Photochem. Photobiol. 2011, B104, 100.
45. J. Barber, J. W. Murray, Phil. Trans. R. Soc. 2008, B363, 1129.
46. S. Petrie, R. Stranger, R. J. Pace, Chem. Eur. J. 2007, 13, 5082.
47. S. Petrie, R. Stranger, R. J. Pace, Chem. Eur. J. 2008, 14, 548.
48. E. M. Sproviero, J. A. Gascon, J. P. McEvoy, G. W. Brudvig, V. S. Batista, J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 786.
49. E. M. Sprovierro, J. A. Gascon, J. P. McEvoy, G. W. Brudvig, V. S. Batista, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3428.
50. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, and, D. J. Fox, Gaussian 09, Revision B.01. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010.
51. D. W. Cruickshank, Acta Crystallogr. 1999, D55, 583.
52. A. Zouni, H. T. Witt, J. Kern, P. Fromme, N. Krauss, W. Saenger, P. Orth, Nature 2001, 409, 739.
53. N. Cox, L. Rapatsky, J. H. Su, D. A. Pantazis, M. Sugiura, L. Kulik, P. Dorlet, A. W. Rutherford, F. Neese, A. Boussac, W. Lubitz, J. Messinger, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3635.
54. M. Shoji, Y. Nishiyama, Y. Maruno, K. Koizumi, Y. Kitagawa, S. Yamanaka, T. Kawakami, M. Okumura, K. Yamaguchi, Int. J. Quantum Chem. 2004, 100, 887.
55. M. Shoji, K. Koizumi, Y. Kitagawa, S. Yamanaka, M. Okumura, K. Yamaguchi, Y. Ohki, Y. Sunada, M. Honda, K. Tatsumi, Int. J. Quantum Chem. 2006, 106, 3288.
56. K. Yamaguchi, M. Shoji, T. Saito, H. Isobe, S. Nishihara, K. Koizumi, S. Yamada, T. Kawakami, Y. Kitagawa, S. Yamanaka, M. Okumura, Int. J. Quantum Chem. 2010, 110, 3101.
57. K. Yamaguchi, In Self-Consistent Field, Theory and Applications;, R. Carbo, M. Klobukowski, Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1990; p. 727.
58. K. Kanda, S. Yamanaka, T. Saito, T. Kawakami, Y. Kitagawa, M. Okumura, H. Nakamura, K. Yamaguchi, Polyhedron 2011, 30, 3256.
59. J. S. Kanady, E. Y. Tsui, M. W. Day, T. Agapie, Science 2011, 333, 733.
60. M. C. W. Evans, J. H. A. Nugent, R. J. Ball, I. Muhiuddin, R. J. Pace, Biochemistry 2004, 43, 989.
61. K. A. Ahring, M. C. W. Evans, J. H. A. Nugent, R. J. Ball, R. J. Pace, Biochemistry 2006, 45, 7069.
62. W. Ames, D. A. Pantazis, V. Krewald, N. Cox, J. Messinger, W. Lubits, F. Neese, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19743.
63. G. Renger, B. Hanssum, FEBS Lett. 1992, 299, 28.