Energy Transfer and Photosynthetic Light Harvesting

Adventures in Chemical Physics: A Special Volume of Advances in Chemical Physics: Volume 132

Volumn , Issue , 2005, Pages 57-129

  Scholes, Gregory D ^a   Fleming, Graham R ^b,c  

^a UNIVERSITY OF TORONTO   (Canada)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

PHOTOSYNTHETIC LIGHT;

ENERGY TRANSFER;

EID: 84878372334     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: None     Document Type: Chapter

References (163)

1. C.-P. Hsu, P. J. Walla, M. Head-Martin, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B105,11016 (2001).
2. R. v. Grondelle, J. P. Dekker, T. Gillbro, and V. Sundstrom, Biochim. Biophys. Acta 1187, 1 (1994).
3. G. R. Fleming, S. A. Passino, and Y. Nagasawa, Philos. Trans. R. Soc. London A 356, 389 (1998).
4. D. L. Dexter, J. Chem. Phys. 21, 836 (1953).
5. G. R. Fleming and R. von Grondelle, Curr. Opin. Struct. Biol. 7, 738 (1997).
6. T. PuIIerits and V. Sundstrom, Acc.Chem. Res. 29, 381 (1996).
7. V. Sundstrom, T. PuIIerits, and R. von Grondelle, J. Phys. Chem. B 103, 2327 (1998).
8. X. Hu, A. Damjanovic, T. Ritz, and K. Schulten, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 5935 (1998).
9. R. G. Alden, E. Johnson, V. Nagarajan, W. W. Parson, C. J. Law, and R. G. CogdelI, J. Phys. Chem. B 101, 4667 (1997).
10. R. Jimenez, S. N. Dikshit, S. E. Bradforth, and G. R. FIeming, 100, 6825 (1996).
11. S. Tretiak, C. MiddIeton, V. Chernyak, and S. MukameI, J. Phys. Chem. B 104, 9540 (2000).
12. W. W. Parson and A. WarsheI, J. Am. Chem. Soc. 109, 6152 (1986).
13. Y. Won and R. A. Friesner, J. Phys. Chem. 92, 2208 (1988).
14. E. J. P. Lathrop and R. A. Friesner, J. Phys. Chem. 98, 3056 (1994).
15. M. A. Thompson and M. C. Zerner, J. Am. Chem. Soc. 113, 8210 (1991).
16. G. D. SchoIes and G. R. FIeming, J. Phys. Chem. B 104, 1854 (2000).
17. X. J. Jordanides, G. D. SchoIes, and G. R. FIeming, J Phys. Chem. B 105, 1652 (2001).
18. G. McDermott, S. M. Prince, A. A. Freer, A. M. Hawthornthwaite-LawIess, M. Z. Papiz, and R. J. CogdeII, Nature 374, 517 (1995).
19. S. Karrasch, P. BuIIough, and R. Ghosh, EMBOJ 14, 631 (1995).
20. A. Freer, S. Prince, K. Sauer, M. Papiz, A. Hawthornthwaite-LawIess, G. McDermott, R. CogdeII, and N. W. Isaacs, Structure 4, 449 (1996).
21. J. Koepke, X. Hu, C. Muenke, K. SchuIten, and H. MicheI, Structure 4, 581 (1996).
22. X. Hu, T. Ritz, A. Damjanovic, and K. SchuIten, J. Phys. Chem. B 101, 3854 (1997).
23. X. Hu and K. SchuIten, Biophys. J. 75, 683 (1998).
24. K. J. Visscher, H. Bergstrom, V. Sundstrom, C. N. Hunter, and R. von GrondeIIe, Photosynth. Res. 3, 211 (1989).
25. H. Bergstrom, R. von GrondeIIe, and V. Sundstrom, FEBS Lett. 2, 503 (1989).
26. A. Freiberg, J. P. AIIen, J. C. WiIIiams, and N. W. Woodbury, Photosynth. Res. 1-2, 309 (1996).
27. T. PuIIerits, K. J. Visscher, S. Hess, V. Sundstrom, A. Freiberg, K. Timpmann, and R. von GrondeIIe, Biophys. J. 66, 236 (1994).
28. S. Hess, M. ChachisviIis, K. Timpmann, M. R. Jones, G. J. S. FowIer, C. N. Hunter, and V. Sundstrom, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 26, 12333 (1995).
29. V. Nagarajan and W. W. Parson, Biochemistry 36, 2300 (1997).
30. H. Bergstrom, V. Sundstrom, R. von GrondeIIe, T. GiIIbro, and R. CogdeII, Biochim. Biophys. Acta 936, 90 (1988).
31. Y.-Z. Ma, R. J. CogdeII, and T. GiIIbro, J Phys. Chem. B 101, 1087 (1997).
32. J. T. M. Kennis, A. M. StreItsov, T. J. Aartsma, T. Nozawa, and J. Amesz, J. Phys. Chem. 100, 2438 (1996).
33. T. PuIIerits, S. Hess, J. L. Herek, and V. Sundstrom, J Phys. Chem. B 101, 10560 (1997).
34. A. P. Shreve, J. K. Trautman, H. A. Frank, T. G. Owens, and A. C. AIbrecht, Biochim. Biophys. Acta 1058, 280 (1991).
35. S. Hess, F. FeIdchtein, A. Babin, I. NurgaIeev, T. PuIIerits, A. Sergeev, and V. Sundstrom, Chem. Phys. Lett. 216, 247 (1993).
36. H. J. Kramer, R. V. GrondeIIe, C. N. Hunter, W. H. J. Westerhaus, and J. Amesz, Biochim. Biophys. Acta 765, 156 (1984).
37. J. M. Salverda, F. von Mourik, G. van der Zwan, and R. von Grondelle, J Phys. Chem. B 104 (2000).
38. R. Agarwal, M. Yang, Q.-H. Xu, and G. R. Fleming, J Phys. Chem. B 105, 1187 (2001).
39. H. A. Frank and R. J. Cogdell, Photochem. Photobiol. 63, 257 (1996).
40. M. Yang, R. Agarwal, and G. R. Fleming, Photochem. Photobiol. Part A 142, 107 (2001).
41. Y. Koyama, M. Kuki, P.-O. Andersson, and T. Gillbro, Photochem. Photobiol. 63, 243 (1996).
42. D. Zigmantas, R. G. Hiller, V. Sundstrom, and T. Polivka, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16760 (2002).
43. J. Breton, J.-L. Martin, A. Migus, A. Antonetti, and A. Orszag, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, 5121 (1986).
44. J. Breton, J.-L. Martin, G. R. Fleming, and J.-C. Lambry, Biochemistry 27, 8276 (1988).
45. Y. W. Jia, D. M. Jonas, T. H. Joo, Y. Nagasawa, M. J. Lang, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. 99, 6263 (1995).
46. D. M. Jonas, M. J. Lang, Y. Nagasawa, S. E. Bradforth, S. N. Dikshit, R. Jiminez, T. Joo, and G. R. Fleming, in Proceedings of the Feldafing III Workshop, Munich (1995).
47. R. J. Stanley, B. King, and S. G. Boxer, J. Phys. Chem. 100, 12052 (1996).
48. S. Lin, A. K. W. Taguchi, and N. W. Woodbury, J. Phys. Chem. 100, 17067 (1996).
49. G. Haran, K. Wynne, C. C. Moser, P. L. Dutton, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 100, 5562 (1996).
50. M. H. Vos, J. Breton, and J. L. Martin, J. Phys. Chem. B 101, 9820 (1997).
51. B. A. King, R. J. Stanley, and S. G. Boxer, J. Phys. Chem. B 101, 3644 (1997).
52. S. I. E. Vulto, A. M. Streltsov, A. Y. Shkuropatov, V. A. Shuvalov, and T. J. Aartsma, J. Phys. Chem. B 101, 7249 (1997).
53. D. C. Arnett, C. C. Moser, P. L. Dutton, and N. F. Scherer, J. Phys. Chem. B 103, 2014 (1999).
54. B. A. King, T. McAnaney, A. deWinter, and S. G. Boxer, J. Phys. Chem. B 104, 8895 (2000).
55. H. Michel, J. Mol. Biol. 158, 567 (1982).
56. J. Deisenhofer, O. Epp, I. Sinning, and H. Michel, J. Mol. Biol. 246, 429 (1995).
57. C. H. Chang, O. Elkabbani, D. Tiede, J. Norris, and M. Schiffer, Biochemistry 30, 5352 (1991).
58. U. Ermler, G. Fritzsch, S. K. Buchanan, and H. Michel, Structure 2, 925 (1994).
59. L. Slooten, Biophys. Biochim. Acta 256, 452 (1972).
60. T. Förster, Ann. Phys. 6, 55 (1948).
61. S. Mukamel, Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press, New York, 1995.
62. B. W. van der Meer, G. I. Coker, and S.-Y. Chen, Resonance Energy Transfer, Theory and Data, VCH Publishers, New York, 1994.
63. G. D. Scholes, X. J. Jordanides, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B. 105, 1640 (2001).
64. G. D. Scholes, Annu. Rev. Phys. Chem. 54, 57 (2003).
65. G. J. S. Fowler, W. Crielaard, R. W. Visschers, R. von Grondelle, and C. N. Hunter, Photochem. Photobiol. 57, 2 (1993).
66. A. Gall, G. J. S. Fowler, C. N. Hunter, and B. Robert, Photochem. Photobiol. 36, 16282 (1997).
67. G. J. S. Fowler, R. W. Visschers, G. G. Grief, R. von Grondelle, and C. N. Hunter, Nature 355, 848 (1992).
68. R. K. and R. M. Hochstrasser, J Chem. Phys. 109, 855 (1998).
69. T. P. and A. Freiberg, Chem. Phys. 149, 409 (1991).
70. M. Beauregard, I. Martin, and A. R. Holzwarth, Biochim. Biophys. Acta 1060, 271 (1991).
71. S. Hess, E. Akesson, R. J. Cogdell, T. Pullerits, and V. Sundstrom, Biophys. J. 69, 2211 (1995).
72. S. Jang, S. E. Dempster, and R. J. Silbey, J Phys. Chem. B 105, 6655 (2001).
73. B. P. Krueger, G. D. Scholes, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 102, 5378 (1998).
74. G. D. Scholes, I. R. Gould, R. J. Cogdell, and G. R. Fleming, Phys. Chem. B 103, 2543 (1999).
75. G. D. Scholes and K. P. Ghiggino, J. Phys. Chem. 98, 4580 (1994).
76. R. McWeeny, Methods of Molecular Quantum Mechanics, 2nd ed., Academic Press, London, 1992.
77. G. D. Scholes, R. D. Harcourt, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 101, 7302 (1997).
78. D. P. Craig and T. Thirunamachandran, Molecular Quantum Electrodynamics, Academic Press, New York, 1984.
79. R. J. Buehler and J. O. Hirschfelder, Phys. Rev. 83, 628 (1951).
80. A. D. Buckingham, Intermolecular Forces�From Diatomics to Biopolymers, Wiley, New York, 1978.
81. F. London, J. Phys. Chem. 46, 305 (1942).
82. D. Beljonne, G. Pourtois, C. Silva, E. Hennebicq, L. M. Herz, R. H. Friend, G. D. Scholes, S. Setayesh, K. Mullen, and J. L. Bredas, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 10982 (2002).
83. P. J. Walla, P. A. Linden, C.-P. Hsu, G. D. Scholes, and G. R. Fleming, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 10808 (2000).
84. R. Mulliken, J. Chem. Phys. 23, 1833 (1955).
85. R. Mulliken, J. Chem. Phys. 23, 2343 (1955).
86. S. Tretiak and S. Mukamel, Chem. Rev. 102, 3171 (2002).
87. S. Mukamel, S. Tretiak, T. Wagersreiter, and V. Chernyak, Science 277, 781 (1997).
88. A. J. Hoff and J. Deinsenhofer, Phys. Rep. 287, 1 (1997).
89. C. A. Wraight and R. K. Clayton, Biochim. Biophys. Acta 333, 246 (1974).
90. R. K. Clayton, Photochem. Photobiol. 1, 201 (1962).
91. J. A. Jackson, S. Lin, A. K. W. Taguchi, J. C. Williams, J. P. Allen, and N. W. Woodbury, J. Phys. Chem. B 101, 5747 (1997).
92. X. Jordanides, G. D. Scholes, W. A. Shapley, J. R. Remers, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 108, 1753 (2004).
93. J. R. Reimers and N. S. Hush, J. Am. Chem. Soc. 117, 1302 (1995).
94. R. S. Knox and H. von Amerongen, J Phys. Chem. B 106, 5289 (2002).
95. J. D. Dow, Phys. Rev. 174, 962 (1968).
96. C.-P. Hsu, M. Head-Gordon, T. Head-Gordon, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 114,3065 (2001).
97. M. Yang, A. Damjanovic, H. Vaswani, and G. R. Fleming, Biophys. J. 85, 1 (2003).
98. R. Agarwal, A. H. Rizvi, B. S. Prall, J. D. Olsen, C. N. Hunter, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. A. 106, 7573 (2002).
99. A. Damjanovic, H. M. Vaswani, P. Fromme, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B. 106, 10251 (2002).
100. V. Zazubovich, S. Matsuzuki, T. W. Johnson, J. M. Hayes, P. R. Chitnis, and G. J. Small, Chem. Phys. 275, 47 (2002).
101. I. R. Mercer, I. R. Gould, and D. R. Klug, J. Phys. Chem. B. 103, 7720 (1999).
102. G. Zucchelli, R. C. Jennings, F. M. Garlaschi, G. Cinque, R. Bassi, and O. Cremonesi, Biophysical Journal 82, 378 (2002).
103. T. Pullerits and A. Freiberg, Chem. Phys. 149, 409 (1991).
104. T. Pullerits and A. Freiberg, Biophys. J. 63, 879 (1992).
105. S. E. Bradforth, R. Jimenez, F. von Mourik, R. von Grondelle, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. 99, 16179 (1995).
106. J. M. Jean, C. K. Chan, and G. R. Fleming, Isr. J. Chem. 28, 169 (1988).
107. R. Agarwal, B. P. Krueger, G. D. Scholes, M. Yang, J. Yom, L. Mets, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 104, 2908 (2000).
108. O. Kuhn and V. Sundstrom, J Chem. Phys. 107, 4154 (1997).
109. A. G. Redfield, Adv. Magn. Reson. 1, 1 (1965).
110. W. T. Pollard, A. K. Felts, and R. A. Friesner, Adv. Chem. Phys. 93, 77 (1996).
111. J. M. Jean, R. A. Friesner, and G. R. Fleming, J Chem. Phys. 96, 5827 (1992).
112. J. M. Jean and G. R. Fleming, J Chem. Phys. 103, 2092 (1995).
113. A. K. Felts, W. T. Pollard, and R. A. Friesner, J. Phys. Chem. 99, 2929 (1995).
114. M. Morillo, C. Denk, and R. I. Cukier, Chem. Phys. 212, 157 (1996).
115. J. M. Jean, J. Chem. Phys. 104, 5638 (1996).
116. J. M. Jean, J. Phys. Chem. A 102, 7549 (1998).
117. C. F. Jen and A. Warshel, J. Phys. Chem. A 103, 11378 (1999).
118. P. Herman and I. Barvik, J. Phys. Chem. B 103, 10892 (1999).
119. 247, P. Herman and I. Barvik, J. Lumin. 83-84, 247 (1999).
120. D. Kilin, U. Kleinekathofer, and M. Schreiber, J. Phys. Chem. A 104 (2000).
121. M. Yang and G. R. Fleming, Chem. Phys. 282, 161 (2002).
122. J. L. Herek, N. J. Fraser, T. Pullerits, P. Martinsson, T. Polivka, H. Scheer, R. J. Cogdell, and V. Sundstrom, Biophys. J. 78, 2590 (2000).
123. E. W. Knapp, Chem. Phys. 85, 73 (1984).
124. K. Ohta, M. Yang, and G. R. Fleming, Chem. Phys. 115, 7609 (2001).
125. H. B. Thacker, Rev. Mod. Physics 53, 253 (1981).
126. M. Wubs and J. Knoester, Chem. Phys. Lett. 284, 63 (1998).
127. L. D. Bakalis, M. Coca, and J. Knoester, J. Chem. Phys. 110, 2208 (1999).
128. J. T. M. Kennis, B. Gobets, I. H. M. von Stokkum, J. P. Dekker, R. von Grondelle, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. 105, 4485 (2001).
129. A. Damjanovic, I. Kosztin, U. Kleinekathoefer, and K. Schulten, Phys. Rev. E. 65, 031919 (2002).
130. G. D. Scholes, R. D. Harcourt, and K. P. Ghiggino, J. Chem. Phys. 101, 10521 (1994).
131. A. Damjanovic, T. Ritz, and K. Schulten, Phys. Rev. 59, 3293 (1999).
132. T. Sashima, H. Nagae, M. Kuki, and Y. Koyama, Chem. Phys. Lett. 299, 187 (1999).
133. T. Sashima, Y. Koyama, T. Yamada, and H. Hashimoto, J. Phys. Chem. B 104, 5011 (2000).
134. M. Yoshizawa, H. Aoki, and H. Hashimoto, Phys. Rev. B 63, 180301 (2001).
135. G. Cerullo, D. Polli, G. Lanzani, S. D. Silvestri, H. Hashimoto, and R. J. Cogdell, Science 298, 2395 (2002).
136. D. Zigmantas, T. Polivka, R. G. Hiller, A. Yartsev, and V. Sundstrom, J. Phys. Chem. A. 105, 10296 (2001).
137. J. A. Bautista, R. E. Connors, B. B. Raju, R. G. Hiller, F. P. Sharples, D. Gosztola, M. R. Wasielewski, and H. A. Frank, J. Phys. Chem. B 103, 8751 (1999).
138. J. T. M. Kennis, Unpublished results.
139. B. Gobets, J. T. M. Kennis, J. A. Ihalainen, M. Brazzoli, R. Croce, I. H. M. von Stokkum, R. Bassi, J. P. Dekker, H. von Amerongen, G. R. Fleming, and R. von Grondelle, J. Phys. Chem. B 105, 10132 (2001).
140. J. van der Lee, D. Bald, S. L. S. Kwa, R. von Grondelle, M. Rogner, and J. P. Dekker, Photosynth. Res. 34, 311 (1993).
141. F. L. der Weerd, I. H. M. von Stokkum, H. von Amerongen, J. P. Dekker, and R. von Grondelle, Biophys. J. 82, 1586 (2002).
142. R. J. Vandorssen, J. Breton, and J. J. P. et al., Biochim. Biophys. Acta 893, 267 (1987).
143. T. Polivka, J. L. Herek, D. Zigmantas, H.-E. Akerlund, and V. Sundstrom, P. Natl. Acad. Sci. USA 96, 4914 (1999).
144. B. Andersson, A. H. Salter, I. Virgin, I. Vass, and S. Styring, J. Photochem. Photobiol. B 15, 15 (1992).
145. K. K. Niyogi, Annu. Rev. Plant Phys. 50, 333 (1999).
146. P. Horton, A. V. Ruban, and R. G. Walters, Annu. Rev. Plant Phys. 47, 655 (1996).
147. P. Muller, X. P. Li, and K. K. Niyogi, Plant Physiol. 125, 1558 (2001).
148. A. M. Gilmore, Physiol. Plant. 99, 197 (1997).
149. A. M. Gilmore, T. L. Hazlett, and Govindjee, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 2273 (1995).
150. A. M. Gilmore and H. Y. Yamamoto, P. Natl. Acad. Sci. USA 5, 1899 (1992).
151. X. P. Li, O. Bjorkman, and C. Shih, Nature 403, 391 (2000).
152. Y.-Z. Ma, N. E. Holt, X. P. Li, K. K. Niyogi, and G. R. Fleming, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 4377 (2003).
153. R. Emerson and W. Arnold, J. Gen. Physiol. 16, 191 (1932).
154. W. Arnold and J. K. Oppenheimer, J. Gen. Physiol. 33, 423 (1949).
155. L. N. M. Duysens, Thesis. Leiden. 1952.
156. B. P. Krueger, J. Yom, P. J. Walla, and G. R. Fleming, Chem. Phys. Lett. 310, 57 (1999).
157. A. Dreuw, G. R. Fleming, and M. Head-Gordon, Phys. Chem. Chem. Phys. 5, 3247 (2003).
158. M. Yang and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 119, 5614 (2003).
159. H. M. Vaswani, C.-P. Hsu, M. Head-Gordon, and G. R. Fleming, J. Phys. Chem. B 107, 7940 (2003).
160. R. Agarwal, B. S. Prall, A. H. Rizvi, M. Yang, and G. R. Fleming, J Chem. Phys. 116, 6243 (2002).
161. L. J. Kaufman, D. A. Blank, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 114, 2312 (2001).
162. P. Jordan, P. Fromme, H. T. Witt, O. Klukas, W. Saenger, and N. Krauss, Nature 411, 909 (2001).
163. M. Yang and G. R. Fleming, Chem. Phys. 282, 161 (2002).