Understanding photosynthetic light-harvesting: A bottom up theoretical approach

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 15, Issue 10, 2013, Pages 3348-3371

  Renger, Thomas ^a   Müh, Frank ^a  

^a JOHANNES KEPLER UNIVERSITY LINZ   (Austria)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84874029159     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp43439g     Document Type: Review

References (158)

1. Primary Processes of Photosynthesis, ed., G. Renger, RSC Publishing, Cambridge, UK, 2008
2. F. Müh C. Glöckner J. Hellmich A. Zouni Biochim. Biophys. Acta 2012 1817 44 65
3. J. Neugebauer ChemPhysChem 2009 10 3148 3173
4. C. König J. Neugebauer ChemPhysChem 2012 13 386 425
5. Biophysical Techniques in Photosynthesis, ed., T. J. Aartsma, and, J. Matysik, Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2008
6. R. van Grondelle V. I. Novoderezhkin Phys. Chem. Chem. Phys. 2006 8 793 807
7. V. I. Novoderezhkin R. van Grondelle Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 7352 7365
8. T. Renger Photosynth. Res. 2009 102 471 485
9. V. May and O. Kühn, Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems: A Theoretical Introduction, Wiley-VCH, Berlin, 2011
10. T. Förster Ann. Phys. 1948 2 55 75
11. D. L. Andrews C. Curutchet G. D. Scholes Laser Photonics Rev. 2011 5 114 123
12. T. Renger V. May O. Kühn Phys. Rep. 2001 343 138 254
13. W. M. Zhang T. Meier V. Chernyak S. Mukamel J. Chem. Phys. 1998 108 7763 7774
14. M. Yang G. R. Fleming Chem. Phys. 2002 275 355 372
15. T. Renger R. A. Marcus J. Chem. Phys. 2003 107 8404 8419
16. Z. Fetisova A. Freiberg K. Mauring V. Novoderezhkin A. Taisova K. Timpmann Biophys. J. 1996 71 995 1010
17. K. Mukai S. Abe H. Sumi J. Phys. Chem. B 1999 103 6096 6102
18. G. D. Scholes G. R. Fleming J. Phys. Chem. B 2000 104 1854 1868
19. S. Jang M. D. Newton R. J. Silbey Phys. Rev. Lett. 2004 92 218301
20. G. Raszewski T. Renger J. Am. Chem. Soc. 2008 130 4431 4446
21. A. Ishizaki Y. Tanimura J. Phys. Soc. Jpn. 2005 74 3131 3134
22. A. Ishizaki G. R. Fleming J. Chem. Phys. 2009 130 234111
23. R. Chen L. Zheng Q. Shi Y. Yan J. Chem. Phys. 2009 131 094502
24. C. Kreisbeck T. Kramer J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 2828 2833
25. A. W. Chin A. Rivas S. F. Huelga M. B. Plenio J. Math. Phys. 2010 51 092109
26. J. Prior A. Chin S. F. Huelga M. B. Plenio Phys. Rev. Lett. 2010 105 050404
27. P. Huo D. F. Coker J. Chem. Phys. 2010 133 184108
28. P. Nalbach D. Braun M. Thorwart Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2011 84 041926
29. K. J. Fujimoto W. Yang J. Chem. Phys. 2008 129 054102
30. A. Damjanovic I. Kosztin U. Kleinekathöfer K. Schulten Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2002 65 031919
31. L. Janosi I. Kosztin A. Damjanovic J. Chem. Phys. 2006 125 014903
32. C. Olbrich U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. B 2010 114 12427 12437
33. C. Olbrich J. Strümpfer K. Schulten U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 1771 1776
34. C. Olbrich J. Strümpfer K. Schulten U. Kleinekathöfer J. Phys. Chem. B 2011 115 758 764
35. H. W. Kim A. Kelly J. W. Park Y. M. Rhee J. Am. Chem. Soc. 2012 134 11640 11651
36. Y. Jing R. Zheng H.-X. Li Q. Shi J. Phys. Chem. B 2011 116 1164 1171
37. S. Shim P. Rebentrost S. Valleau A. A. Aspuru-Guzik Biophys. J. 2012 102 649 660
38. C. Curutchet J. Kongsted A. Munoz-Losa H. Hossein-Nejad G. D. Scholes B. Mennucci J. Am. Chem. Soc. 2011 133 3078 3084
39. J. Tomasi R. Cammi B. Mennucci C. Cappelli S. Corni Phys. Chem. Chem. Phys. 2002 4 5697 5712
40. C. Curutchet G. D. Scholes B. Mennucci R. Cammi J. Phys. Chem. B 2007 111 13253 13265
41. G. D. Scholes C. Curutchet B. Mennucci R. Cammi J. Tomasi J. Phys. Chem. B 2007 111 6978 6982
42. B. Mennucci C. Curutchet Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 11538 11550
43. A. Damjanovic H. M. Vaswani P. Fromme G. R. Fleming J. Phys. Chem. B 2002 106 10251 10262
44. S. Yin M. G. Dahlbom P. J. Canfield N. S. Hush R. Kobayashi J. R. Reimers J. Phys. Chem. B 2007 111 9923 9930
45. F. Müh M. E. Madjet J. Adolphs A. Abdurahman B. Rabenstein H. Ishikita E. W. Knapp T. Renger Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 16862 16867
46. J. Adolphs F. Müh M. E. Madjet T. Renger Photosynth. Res. 2008 95 197 209
47. J. Adolphs F. Müh M. E. Madjet M. Schmidt am Busch T. Renger J. Am. Chem. Soc. 2010 132 3331 3343
48. M. Schmidt am Busch F. Müh M. E. Madjet T. Renger J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 93 98
49. H. M. Senn W. Thiel Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 1198 1229
50. M. Hoffmann M. Wanko P. Strodel P. H. König T. Frauenheim K. Schulten W. Thiel E. Tajkhorshid M. Elstner J. Am. Chem. Soc. 2006 128 10808 10818
51. T. Renger A. Klinger F. Steinecker M. Schmidt am Busch J. Numata F. Müh J. Phys. Chem. B 2012 116 14565 14580
52. A. Warshel M. Kato A. V. Pisliakov J. Chem. Theory Comput. 2007 3 2034 2045
53. M. Schmidt am Busch E. W. Knapp J. Am. Chem. Soc. 2005 127 15730 15737
54. H. M. Senn W. Thiel Top. Curr. Chem. 2007 268 173 290
55. T. M. H. Creemers C. A. De Caro R. W. Visschers R. van Grondelle S. Völker J. Phys. Chem. B 1999 103 9770 9776
56. M. Wendling T. Pullerits M. Przyjalgowski S. Vulto T. Aartsma R. van Grondelle H. van Amerongen J. Phys. Chem. B 2000 104 5825 5831
57. R. Jankowiak M. Reppert V. Zazubovich J. Pieper T. Reinot Chem. Rev. 2011 111 4546 4598
58. M. Rätsep A. Freiberg J. Lumin. 2007 127 251 259
59. T. Renger R. A. Marcus J. Chem. Phys. 2002 116 9997 10019
60. T. Brixner J. Stenger H. M. Vaswani M. Cho R. E. Blankenship G. R. Fleming Nature 2005 434 625 628
61. G. S. Engel T. R. Calhoun E. L. Read T.-K. Ahn T. Mancal Y.-C. Cheng R. E. Blankenship G. R. Fleming Nature 2007 446 782 786
62. A. Ishizaki T. R. Calhoun G. S. Schlau-Cohen G. R. Fleming Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 7319 7337
63. G. S. Schlau-Cohen A. Ishizaki G. R. Fleming Chem. Phys. 2011 132 3331 3343
64. A. Ishizaki G. R. Fleming Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2012 3 333 361
65. G. S. Olaya-Castro G. D. Scholes Int. Rev. Phys. Chem. 2011 30 49 77
66. G. Panitchayangkoon D. Hayes D. Franstedt J. R. Caram E. Harel J. Wen R. E. Blankenship G. S. Engel Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 12766 12770
67. E. Collini C. Y. Wong K. E. Wilk P. M. Curmi P. Brumer G. D. Scholes Nature 2010 463 644 647
68. G. R. Fleming, G. D. Scholes and Y. C. Cheng, 22nd Solvay Conference on Chemistry: Quantum effects in Chemistry and Biology, Procedia Chemistry, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 2011, vol. 3
69. P. Ball Nature 2011 474 272 274
70. A. Warshel W. W. Parson J. Am. Chem. Soc. 1987 109 6143 6152
71. E. Schlodder V. Shubin E. El-Mohsnawy M. Roegner N. V. Karapetyan Biochim. Biophys. Acta 2007 1767 732 741
72. G. D. Scholes I. R. Gould R. Cogdell G. R. Fleming J. Phys. Chem. B 1999 103 2543 2553
73. M. E. Madjet F. Müh T. Renger J. Phys. Chem. B 2009 113 12603 12614
74. Y. Georgievskii C.-P. Hsu R. A. Marcus J. Chem. Phys. 1999 110 5307 5317
75. M. E. Madjet A. Abdurahman T. Renger J. Phys. Chem. B 2006 110 17268 17281
76. P. Atkins and R. Friedmann, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press, Oxford, UK, 2005
77. T. Renger B. Grundkötter M. E. Madjet F. Müh Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 13235 13240
78. B. R. Brooks C. L. Brooks A. D. MacKerell M. Karplus J. Comput. Chem. 2009 30 1545 1614
79. A. D. MacKerell Jr. D. Bashford M. Bellott M. Karplus J. Phys. Chem. B 1998 102 3586 3616
80. D. Bashford M. Karplus Biochemistry 1990 29 10219 10225
81. D. Bashford Front. Biosci. 2004 9 1082 1099
82. G. M. Ullmann E. W. Knapp Eur. Biophys. J. 1999 28 533 550
83. G. M. Ullmann E. Kloppmann T. Essigke E. M. Krammer A. Klingen T. Becker E. Bombarda Photosynth. Res. 2008 97 33 53
84. M. R. Gunner J. J. Mao Y. F. Song J. Kim Biochim. Biophys. Acta 2006 1757 942 968
85. F. M. Richards Annu. Rev. Biophys. Bioeng. 1977 6 151 176
86. M. L. Connolly J. Appl. Crystallogr. 1983 16 548 558
87. T. Simonson Rep. Prog. Phys. 2003 66 737 787
88. Y. Sham Z. Chu A. Warshel J. Phys. Chem. B 1997 101 4458 4472
89. W. H. Orttung Biochemistry 1970 9 2394 2402
90. C. Tanford R. Roxby Biochemistry 1972 11 2192 2198
91. T. Simonson D. Perahia J. Am. Chem. Soc. 1995 117 7987 8000
92. J. Antosiewicz J. M. Briggs A. H. Elcock M. K. Gilson J. A. McGammon J. Comput. Chem. 1996 17 1633 1644
93. T. Simonson C. L. Brooks J. Am. Chem. Soc. 1996 118 8452 8458
94. T. Simonson G. Archontis M. Karplus J. Phys. Chem. B 1999 103 6142 6156
95. G. Kieseritzky E. W. Knapp J. Biol. Chem. 2011 286 2976 2986
96. G. Kieseritzky E. W. Knapp Proteins 2008 71 1335 1348
97. N. A. Baker D. Sept S. Joseph M. J. Holst J. A. McGammon Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001 98 10037 10041
98. M. B. Ulmschneider J. Ulmschneider M. Sansom A. Di Nola Biophys. J. 2007 92 2338 2349
99. A. R. Klingen H. Palsdottier C. Hunte G. M. Ullmann Biochim. Biophys. Acta 2007 1767 204 221
100. A. Onufriev A. Smondyrev D. Bashford J. Mol. Biol. 2003 332 1183 1193
101. F. Müh M. E. Madjet T. Renger J. Phys. Chem. B 2010 114 13517 13535
102. W. Humphrey A. Dalke K. Schulten J. Mol. Graphics 1996 14 33 38
103. M. Holst N. Baker F. Wang J. Comput. Chem. 2000 21 1319 1342
104. N. Baker M. Holst F. Wang J. Comput. Chem. 2000 21 1343 1352
105. H. Schulze O. Ristau C. Jung Biochim. Biophys. Acta 1994 1183 491 498
106. P. Douzou, Cryobiochemistry, Academic Press, London, 1977
107. F. Müh M. E. Madjet T. Renger Photosynth. Res. 2012 111 87 101
108. I. Yu Meas. Sci. Technol. 1993 4 344 348
109. R. A. Marcus J. Chem. Phys. 1963 38 1858 1862
110. F. Müh T. Renger Biochim. Biophys. Acta 2012 1817 1446 1460
111. M. Wormit A. Dreuw Phys. Chem. Chem. Phys. 2007 9 2917 2931
112. A. Dreuw P. H. P. Harbach J. M. Mewes M. Wormit Theor. Chem. Acc. 2010 125 419 426
113. C. Hsu Acc. Chem. Res. 2009 42 509 518
114. B. P. Krueger G. D. Scholes G. R. Fleming J. Phys. Chem. B 1998 102 5378 5386
115. R. S. Knox B. Q. Spring Photochem. Photobiol. 2003 77 497 501
116. C. Hsu M. Head-Gordon T. Head-Gordon G. R. Fleming J. Chem. Phys. 2001 114 3065 3072
117. T. Renger F. Müh Photosynth. Res. 2012 111 47 52
118. J. Adolphs T. Renger Biophys. J. 2006 91 2778 2797
119. T. Renger M. E. Madjet F. Müh I. Trostmann F.-J. Schmitt C. Theiss H. Paulsen H.-J. Eichler A. Knorr G. Renger J. Phys. Chem. B 2009 113 9948 9957
120. F. Müh A. Zouni Biochim. Biophys. Acta 2005 1708 219 228
121. J. Megow A. Kulesza Z. W. Qu T. Ronneberg V. Bonacic-Koutecky V. May Chem. Phys. 2010 377 10 14
122. J. Fajer J. Porphyrins Phthalocyanines 2000 4 382 385
123. J. A. Shelnutt X. Z. Song J. G. Ma S.-L. Jia W. Jentzen C. J. Medforth Chem. Soc. Rev. 1998 27 31 41
124. H. Scheer, in Chlorophylls and Bacteriochlorophylls, ed., B. Grimm, R. J. Porra, W. Rüdiger, and, H. Scheer, Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2006, pp. 1-26
125. X. Pan M. Li T. Wan L. Wang C. Jia Z. Hou X. Zhao J. Zhang W. Chang Nat. Struct. Mol. Biol. 2011 18 309 315
126. G. Zucchelli D. Brogioli A. P. Casazza F. M. Garlaschi R. C. Jennings Biophys. J. 2007 93 2240 2254
127. G. Zucchelli S. Santabarbara R. C. Jennings Biochemistry 2012 51 2717 2736
128. W. Jentzen X.-Z. Song J. A. Shelnutt J. Phys. Chem. B 1997 101 1684 1699
129. K. J. Fujimoto S. Hayashi J. Am. Chem. Soc. 2009 131 14152
130. K. J. Fujimoto J. Chem. Phys. 2010 133 124101
131. K. J. Fujimoto J. Chem. Phys. 2012 137 034101
132. D. Beljonne C. Curutchet G. D. Scholes R. J. Silbey J. Phys. Chem. B 2009 113 6583 6599
133. A. Freiberg S. Lin K. Timpmann R. E. Blankenship J. Phys. Chem. B 1997 37 7211 7220
134. T. Renger I. Trostmann C. Theiss M. E. Madjet M. Richter H. Paulsen H. J. Eichler A. Knorr G. Renger J. Phys. Chem. B 2007 111 10487 10501
135. T. Renger Phys. Rev. Lett. 2004 93 188101
136. R. E. Fenna B. W. Matthews Nature 1975 258 573 577
137. R. J. W. Louwe J. Vrieze A. J. Hoff T. J. Aartsma J. Phys. Chem. B 1997 101 11280 11287
138. J. Wen H. Zhang M. L. Gross R. E. Blankenship Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 6134 6139
139. D. E. Tronrud J. Wen L. Gay R. E. Blankenship Photosynth. Res. 2009 100 79 87
140. R. Kouril J. P. Dekker E. J. Boekema Biochim. Biophys. Acta 2012 1817 2 12
141. R. Croce H. van Amerongen J. Photochem. Photobiol., B 2011 104 142 153
142. T. Barros W. Kühlbrandt Biochim. Biophys. Acta 2009 1787 753 772
143. V. I. Novoderezhkin M. A. Palacios H. van Amerongen R. van Grondelle J. Phys. Chem. B 2005 109 10493 10504
144. V. I. Novoderezhkin A. Marin R. van Grondelle Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 17093 17103
145. T. Renger M. E. Madjet A. Knorr F. Müh J. Plant Physiol. 2011 168 1497 1509
146. A. A. Pascal Z. Liu K. Broess B. van Oort H. van Amerongen C. Wang P. Horton B. Robert W. Chang A. Ruban Nature 2005 436 134 137
147. G. S. Schlau-Cohen T. R. Calhoun N. S. Ginsberg E. L. Read M. Ballottari R. Bassi R. van Grondelle G. R. Fleming J. Phys. Chem. B 2009 113 15352 15363
148. H. Rogl R. Schödel H. Lokstein W. Kühlbrandt A. Schubert Biochemistry 2002 41 2281 2287
149. R. Remelli C. Varotto D. Sandona R. Croce R. Bassi J. Biol. Chem. 1999 274 33510 33521
150. P. Jordan P. Fromme H. T. Witt O. Klukas W. Saenger N. Krauß Nature 2001 411 909 917
151. M. Byrdin P. Jordan N. Krauss P. Fromme D. Stehlik E. Schlodder Biophys. J. 2002 83 433 457
152. B. Brüggemann K. Sznee V. Novoderezhkin R. van Grondelle V. May J. Phys. Chem. B 2004 108 13536 13546
153. T. Renger E. Schlodder ChemPhysChem 2010 11 1141 1153
154. T. Renger E. Schlodder J. Photochem. Photobiol., B 2011 104 126 141
155. F. Müh T. Renger A. Zouni Plant Physiol. Biochem. 2008 46 238 264
156. G. Renger T. Renger Photosynth. Res. 2008 98 53 80
157. A. Guskov A. Gabdulkhakov M. Broser C. Glöckner J. Hellmich J. Kern J. Frank F. Müh W. Saenger A. Zouni ChemPhysChem 2010 11 1160 1171
158. Y. Umena K. Kawakami J. Shen N. Kamiya Nature 2011 473 55 60