Between superexchange and hopping: An intermediate charge-transfer mechanism in poly(A)-Poly(T) DNA hairpins

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 10, 2013, Pages 3953-3963

  Renaud, Nicolas ^a   Berlin, Yuri A ^a   Lewis, Frederick D ^a   Ratner, Mark A ^a  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE-TRANSFER MECHANISM; DELOCALIZATIONS; EXPERIMENTAL DATUM; HAMILTONIAN APPROACH; HOLE LOCALIZATION; MULTISTEP HOPPING; PARTIAL LOCALIZATION; THEORETICAL RESULT;

CHARGE TRANSFER;

HAMILTONIANS;

ADENINE; POLYADENYLIC ACID; POLYTHYMIDYLIC ACID; THYMINE;

ARTICLE; CONTROLLED STUDY; DNA HAIRPIN; SIMULATION; SURFACE CHARGE;

DNA; MODELS, MOLECULAR; POLY A; POLY T; QUANTUM THEORY; TIME FACTORS;

EID: 84874998873     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja3113998     Document Type: Article

References (100)

1. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480-481
2. Genereux, J.; Barton, J. Chem. Rev. 2010, 1642-1662
3. Charge Transfer in DNA: from theory to applications; Wagenknecht, H.-A., Ed.; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany, 2006.
4. Long-Range charge transfer in DNA I and II, Topics in Current Chemistry; Schuster, G., Ed.; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 2004; Vols. 236 and 237.
5. Kanvah, S.; Joseph, J.; Schuster, G. B.; Barnett, R. N.; Cleveland, C. L.; Landman, U. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 280-287
6. Huang, Y.; Cheng, A. K. H.; Yu, H.-Z.; Sen, D. Biochemistry 2009, 48, 6794-6804
7. Guo, X.; Gorodetsky, A.; Hone, J.; Barton, J.; Nuckolls, C. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 163
8. Okamoto, A.; Tanaka, K.; Saito, I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5066
9. Boon, E.; Ceres, D.; Drummond, T.; Hill, M.; Barton, J. Nat. Biotechnol. 2000, 18, 1096
10. Genereux, J.; Boal, A.; Barton, J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 891-905
11. Ito, T.; Rokita, E. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11480-11481
12. Breeger, S.; Hennecke, U.; Carell, T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1302-1303
13. Tainaka, K.; Fujitsuka, M.; Takada, T.; Kawai, K.; Majima, T. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 14657-14663
14. Park, M. J.; Fujitsuka, M.; Kawai, K.; Majima, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15320-15323
15. Daublain, P.; Thazhathveetil, A. K.; Shafirovich, V.; Wang, Q.; Trifonov, A.; Fiebig, T.; Lewis, F. D. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 14265-14272
16. Lewis, F.; Liu, X.; Liu, J.; Miller, S.; Hayes, R.; Wasielewski, M. Nature 2000, 406, 51
17. Lewis, F.; Letsinger, R.; Wasielewski, M. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 159-170
18. Kawai, K.; Kodera, H.; Osakada, Y.; Majima, T. Nat. Chem. 2009, 1, 156
19. Takada, T.; Kawai, K.; Fujitsuka, M.; Majima, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 14002-14006
20. Raytchev, M.; Pandurski, E.; Buchvarov, I.; Modrakowski, C.; Fiebig, T. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4592-4600
21. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 12950-12955
22. Berlin, Y. A.; Burin, A. L.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 260-268
23. Senthilkumar, K.; Grozema, F. C.; Guerra, C. F.; Bickelhaupt, F. M.; Lewis, F. D.; Berlin, Y. A.; Ratner, M. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14894-14903
24. Grozema, F. C.; Tonzani, S.; Berlin, Y. A.; Schatz, G. C.; Siebbeles, L. D. A.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14204-14205
25. Berlin, Y. A.; Burin, A. L.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 443-445
26. Giese, B. Top. Curr. Chem. 2004, 130, 151-164
27. Vura-Weiss, J.; Wasielewski, M.; Thazhathveetil, A.; Lewis, F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9722-9727
28. Lewis, F.; Zhu, H.; Daublain, P.; Sigmund, K.; Fiebig, T.; Raytchev, M.; Wang, Q.; Shafirovich, V. Photochem. Photobiol. Sci. 2008, 7, 534-539
29. Kim, H.; Choi, O.; Sim, E. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 20394-20400
30. Senthilkumar, K.; Grozema, F.; Guerra, C. F.; Bickelhaupt, F.; Siebbeles, L. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13658
31. Hush, N.; Cheung, S. Chem. Phys. Lett. 1975, 34, 11-14
32. Mishra, D.; Pal, S. J. Mol. Struct. THEOCHEM 2009, 902, 96-102
33. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rosch, N. Chem. Phys. Lett. 2000, 324, 430-434
34. Lewis, F.; Zhu, H.; Daublain, P.; Fiebig, T.; Raytchev, M.; Wang, Q.; Shafirovich, V. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 791-800
35. Lewis, F.; Zhu, H.; Daublain, P.; Cohen, B.; Wasielewski, M. Ang. Chem. Ed. Int. 2006, 118, 8150-8153
36. Lewis, F. D.; Daublain, P.; Cohen, B.; Vura-Weiss, J.; Wasielewski, M. Ang. Chem., Ed. Int. 2008, 47, 3798
37. Thazhathveetil, A.; Trifonov, A.; Wasielewski, M.; Lewis, F. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11485-11487
38. Kawai, K.; Hayashi, M.; Majima, T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9406-9409
39. Jortner, J.; Bixon, M.; Langenbacher, T.; Michel-Beyrele, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12759-12765
40. Grozema, F.; Berlin, Y.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10903-10909
41. Genereux, J.; Wuerth, S. M.; Barton, K. J. Am. Chem. Soc. 2011, 386-3868
42. Grozema, F.; Tonzani, S.; Berlin, Y.; Schatz, G.; Sibbeles, L.; Ratner, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5157
43. Priyadarshy, S.; Risser, S. M.; Beratan, D. N. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17678-17682
44. Murphy, C.; Arkin, M.; Jenkins, Y.; Ghatia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N.; Barton, J. Science 1993, 262, 1025-1029
45. Hall, D.; Holmin, R. E.; Barton, J. K. Nature 1996, 382, 731
46. Bixon, M.; Jortner, J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12556-12567
47. Renger, T.; Marcus, R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8404-8419
48. Bixon, M.; Giese, B.; Wessely, S.; Langenbacher, T.; Michel-Beyrele, M.; Jortner, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 11713-11716
49. Berlin, Y.; Ratner, M. A. Radiat. Phys. Chem. 2005, 74, 124-131
50. Giese, B.; Amaudrut, J.; Kholer, A.-K.; Spormann, M.; Wessely, S. Nature 2001, 412, 318
51. Kawai, K.; Takada, T.; Tojo, S.; Majima, T. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6842-6843
52. Giese, B.; Wessely, S.; Spormann, M.; Lindemann, U.; Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E. Ang. Chem., Ed. Int. 1999, 38, 996
53. Lewis, F. D.; Wu, T.; Liu, X.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 2889-2902
54. Lewis, F.; Letsinger, R. L.; Wasielewski, M. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 159-170
55. Ratner, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 387-389
56. Segal, D.; Nitzan, A.; Davis, W. B.; Wasielewski, M.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3817
57. Basko, D. M.; Conwell, E. M. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 098102
58. Henderson, P. T.; Jones, D.; Hampikian, G.; Kan, Y.; Schuster, G. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 8353-8358
59. Conwell, E. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 8795-8799
60. Barnett, R. N.; Cleveland, C. L.; Joy, A.; Landman, U.; Schuster, G. B. Science 2001, 294, 567-571
61. Schuster, G. B. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 253-260
62. Shao, F.; O'Neil, M. A.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 17914-17919
63. Voityuk, A. A. J. Chem. Phys. 2005, 204904
64. Olofsson, J.; Larsson, S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10398-10406
65. Conwell, E. M.; Rakhmanova, S. V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 4556-4560
66. Grozema, F.; Siebbeles, L.; Berlin, Y.; Ratner, M. Chem. Phys. Chem. 2002, 03, 536-539
67. Berlin, Y. A.; Burin, A. L. Chem. Phys. Lett. 1996, 257, 665-673
68. Siebbeles, L. D. A.; Berlin, Y. A. Chem. Phys. 1998, 238, 97-107
69. Berlin, Y.; Burin, A. L.; Ratner, M. A. Chem. Phys. 2002, 275, 61-74
70. Voityuk, A. A.; Siriwong, K.; Rosch, N. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 5421
71. Voityuk, A. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 115101
72. Voityuk, A. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 045104
73. O'Neil, M. A.; Becker, H.-C.; Wan, C.; Barton, J. K.; Zewail, A. H. Ang. Chem. Ed. Int. 2003, 42, 5896-5900
74. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10322-10328
75. Breuer, H.; Petruccione, F. The theory of open quantum system; Oxford University Press: Oxford, U.K., 2002.
76. Palimieri, B.; Abramavicius, D.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2009, 130, 204512
77. Egorova, D.; Khul, A.; Domcke, W. Chem. Phys. 2001, 268, 105-120
78. Ishizaki, A.; Fleming, G. J. Chem. Phys. 2009, 130, 234111
79. Dalibard, J.; Castin, Y.; Molmer, K. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 580-583
80. Pillo, J.; Harkonen, K.; Maniscalco, S.; Suominen, K.-A. Phys. Rev. A 2009, 79, 062112
81. Katz, G.; Gelman, D.; Ratner, M. A.; Kosloff, R. J. Chem. Phys. 2008, 129, 034108
82. Katz, G.; Ratner, M. A.; Kosloff, R. New J. Phys. 2010, 12, 015003
83. Renaud, N.; Mujica, V.; Ratner, M. J. Chem. Phys. 2011, 075102
84. Koch, C. P.; Kluner, T.; Freund, H. J.; Kosloff, R. J. Chem. Phys. 2002, 106, 7983-7996
85. Koch, C.; Kluner, T.; Kosloff, R. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 117601
86. Renaud, N.; Powell, D.; Zarea, M.; Movaghar, B.; Wasielewski, M. R.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. A article ASAP; DOI: 10.1021/jp308216y.
87. Kumar, A.; Sevilla, M. D. Chem. Rev. 2010, 110, 7002-7023
88. Carra, C.; Iordanova, N.; Hammes-Schiffer, S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8415-8421
89. Paavola, J.; Pillo, J.; Suominen, K.-A.; Maniscalco, S. Phys. Rev. A 2009, 79, 05120
90. Weiss, U. Quantum Dissipative Systems; World Scientific: Singapore, 1999.
91. Wiorkiewicz-Kuczerat, J.; Karplus, M. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 5324-5340
92. Taniguchi, M.; Kawai, T. Phys. Rev. E 2005, 72, 061909
93. Hess, S.; Gotz, M.; Davis, W. B.; Michel-Beyerle, M.-E. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10046-10055
94. Reid, G. D.; Whittaker, D. J.; Day, M. A.; Turton, D. A.; Kayser, V.; Kelly, J. M.; Beddard, G. S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5518-5527
95. Lewis, F. D.; Liu, J.; Weigel, W.; Rettig, W.; Kurkinov, I. V.; Beratan, D. N. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12536-12541
96. Takada, T.; Kawai, K.; Cai, X.; Sugimoto, A.; Fujitsuka, M.; Majima, T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1125-1129
97. Wan, C.; Fiebig, T.; Kelley, S. O.; Treadway, C. R.; Barton, J. K.; Zewail, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 6014-6019
98. Conron, S. M. M.; Thazhathveetil, A. K.; Wasielewski, M. R.; Burin, A. L.; Lewis, F. D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14388-14390
99. Kumar, A.; Sevilla, M. D. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 4990-5000
100. Yu, Z. G.; Song, X. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 6018-6021