Ultrafast dynamics and excited state spectra of open-chain carotenoids at room and low temperatures

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 111, Issue 21, 2007, Pages 5984-5998

  Niedzwiedzki, Dariusz ^a   Koscielecki, Jeremy F ^a   Cong, Hong ^a   Sullivan, James O ^a   Gibson, George N ^a   Birge, Robert R ^a   Frank, Harry A ^a  

^a UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACETONE; BACTERIA; EXCITED STATES; GROUND STATE; PHOTOSYNTHESIS; POLARIZATION; SPECTRAL RESOLUTION; SPECTROSCOPIC ANALYSIS;

OPEN-CHAIN CAROTENOIDS; PHOTOPHYSICAL PROPERTIES; QUANTUM CALCULATIONS; VISIBLE ABSORPTION;

MOLECULAR DYNAMICS;

EID: 84962394020     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp070500f     Document Type: Article

References (83)

1. Telfer, A. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2002, 357, 1431.
2. Telfer, A.; Dhami, S.; Bishop, S. M.; Phillips, D.; Barber, J. Biochemistry 1994, 33, 14469.
3. Cogdell, R. J.; Howard, T. D.; Bittl, R.; Schlodder, E.; Geisenheimer, I.; Lubitz, W. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2000, 355, 1345.
4. Demmig-Adams, B.; Adams, W. W., III. The xanthophyll cycle. In Carotenoids in Photosynthesis; Young, A. J., Britton, G., Eds.; Chapman and Hall: London, 1993; p 206.
5. Frank, H. A.; Cua, A.; Chynwat, V.; Young, A.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R. Photosynth. Res. 1994, 41, 389.
6. Holt, N. E.; Fleming, G. R.; Niyogi, K. K. Biochemistry 2004, 43, 8281.
7. Pogson, B. J.; Rissler, H. M.; Frank, H. A. The Role of Carotenoids in Energy Quenching. In Photosystem II: The Water/Plasoquinone Oxido-Reductase In Photosynthesis; Wydrzynski, T., Satoh, K., Eds.; Springer: Dordrecht, 2005; Chapter 21, pp 515.
8. Bassi, R.; Caffarri, S. Photosynth. Res. 2000, 64, 243.
9. Horton, P.; Ruban, A. V.; Young, A. J. Adv. Photosynth. 1999, 8, 271.
10. Niyogi, K. K.; Grossman, A. R.; Björkman, O. Plant Cell 1998, 10, 1121.
11. Niyogi, K. K.; Björkman, O.; Grossman, A. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 14162.
12. Hudson, B.; Kohler, B. Ann. Rev. Phys. Chem. 1974, 25, 437.
13. Hudson, B. S.; Kohler, B. E.; Schulten, K. Linear polyene electronic structure and potential surfaces. In Excited States; Lim, E. D., Ed.; Academic Press: New York, 1982; Vol. 6; p 1.
14. Schulten, K.; Karplus, M. Chem. Phys. Lett. 1972, 14, 305.
15. Tavan, P.; Schulten, K. Phys. Rev. B.: Condens. Matter Mater. Phys. 1987, 36, 4337.
16. Tavan, P.; Schulten, K. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6602.
17. Tavan, P.; Schulten, K. J. Chem. Phys. 1979, 70, 5407.
18. Birge, R. R. Acc. Chem. Res. 1986, 19, 138.
19. Pariser, R. J. Chem. Phys. 1955, 24, 250268.
20. Callis, P. R.; Scott, T. W.; Albrecht, A. C. J. Chem. Phys. 1983, 78, 16.
21. Polívka, T.; Sundström, V. Chem. Rev. 2004, 104, 2021.
22. Wasielewski, M. R.; Kispert, L. D. Chem. Phys. Lett. 1986, 128, 238.
23. Polívka, T.; Herek, J. L.; Zigmantas, D.; Akerlund, H. E.; Sundström, V. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 4914.
24. Andersson, P. O.; Gillbro, T. J. Chem. Phys. 1995, 103, 2509.
25. Koyama, Y.; Rondonuwu, F. S.; Fujii, R.; Watanabe, Y. Biopolymers 2004, 74, 2.
26. Rondonuwu, F. S.; Watanabe, Y.; Fujii, R.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 2003, 376, 292.
27. Fujii, R.; Inaba, T.; Watanabe, Y.; Koyama, Y.; Zhang, J. P. Chem. Phys. Lett. 2003, 369, 165.
28. Nishimura, K.; Rondonuwu, F. S.; Fujii, R.; Akahane, J.; Koyama, Y.; Kobayashi, T. Chem. Phys. Lett. 2004, 392, 68.
29. Ikuta, M.; Yabushita, A.; Rondonuwu, F. S.; Akahane, J.; Koyama, Y.; Kobayashi, T. Chem. Phys. Lett. 2006, 422, 95.
30. Gradinaru, C. C.; Kennis, J. T. M.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; Fleming, G. R.; Niederman, R. A.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 2364.
31. Papagiannakis, E.; Kennis, J. T. M.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6017.
32. Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H.; Vengris, M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R.; Larsen, D. S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 5727.
33. Cerullo, G.; Polli, D.; Lanzani, G.; De Silvestri, S.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J. Science 2002, 298, 2395.
34. Larsen, D. S.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Vengris, M.; Kennis, J. T. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2003, 381, 733.
35. Wohlleben, W.; Buckup, T.; Herek, J. L.; Cogdell, R. J.; Motzkus, M. Biophys. J. 2003, 85, 442.
36. Papagiannakis, E.; Das, S. K.; Gall, A.; Stokkum, I. H. M.; Robert, B.; van Grondelle, R.; Frank, H. A.; Kennis, J. T. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5642.
37. Wohlleben, W.; Buckup, T.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J.; Herek, J. L.; Motzkus, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3320.
38. Polívka, T.; Pullerits, T.; Frank, H. A.; Cogdell, R. J.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15398.
39. Billsten, H. H.; Pan, J.; Sinha, S.; Pascher, T.; Sundström, V.; Polfvka, T. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6852.
40. Niedzwiedzki, D. M.; Sullivan, J. O.; Polivka, T.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 22872.
41. Ilagan, R. P.; Christensen, R. L.; Chapp, T. W.; Gibson, G. N.; Pascher, T.; Polivka, T.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 3120.
42. Pendon, Z. D.; Gibson, G. N.; van der Hoef, I.; Lugtenburg, J.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 21172.
43. Ponder, J. W.; Richards, F. M. J. Comput. Chem. 1987, 8, 1016.
44. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M.; Cheeseman, J. R.; Montgomery Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T. A.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian03, revision C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
45. Cances, E.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1998, 109, 260.
46. Cossi, M.; Mennucci, B.; Pitarch, J.; Tomasi, J. J. Comput. Chem. 1998, 19, 833.
47. Cammi, R.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 870.
48. Miertus, S.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1982, 65, 239.
49. Miertus, S.; Scrocco, E.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1981, 55, 117.
50. Fujimoto, K.; Hasegawa, J.; Hayashi, S.; Kato, S.; Nakatsuji, H. Chem. Phys. Lett. 2005, 414, 239.
51. Martin, C. H.; Birge, R. R. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 852.
52. Ren, L.; Martin, C. H.; Wise, K. J.; Gillespie, N. B.; Luecke, H.; Lanyi, J. K.; Spudich, J. L.; Birge, R. R. Biochemistry 2001, 40, 13906.
53. Shima, S.; Ilagan, R. P.; Gillespie, N.; Sommer, B. J.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Frank, H. A.; Birge, R. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8052.
54. Frank, H. A.; Christensen, R. L. Singlet energy transfer from carotenoids to bacteriochlorophylls. In Anoxygenic Photosynthetic Bacteria; Blankenship, R. E., Madigan, M. T., Bauer, C. E., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 1995; Vol. 2, pp 373.
55. van Stokkum, I. H. M.; Larsen, D. S.; van Grondelle, R. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1657, 82.
56. Billsten, H. H.; Bhosale, P.; Yemelyanov, A.; Bernstein, P. S.; Polivka, T. Photochem. Photobiol. 2003, 78, 138.
57. Christensen, R. L.; Barney, E. A.; Broene, R. D.; Galinato, M. G. I.; Frank, H. A. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 430, 30.
58. Englman, R.; Jortner, J. Mol. Phys. 1970, 18, 145.
59. Chynwat, V.; Frank, H. A. Chem. Phys. 1995, 194, 237.
60. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Herek, J. L.; He, Z.; Pascher, T.; Pullerits, T.; Cogdell, R. J.; Frank, H. A.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 11016.
61. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Herek, J. L.; Koyama, Y.; Fujii, R.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1072.
62. Sashima, T.; Koyama, Y.; Yamada, T.; Hashimoto, H. J. Phys. Chem. 52000, 104, 5011.
63. Sashima, T.; Shiba, M.; Hashimoto, H.; Nagae, H.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 1998, 290, 36.
64. Fujii, R.; Onaka, K.; Kuki, M.; Koyama, Y.; Watanabe, Y. Chem. Phys. Lett. 1998, 288, 847.
65. Kukura, P.; McCamant, D. W.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. A 2004, 108.
66. de Weerd, F. L.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2002, 354, 38.
67. Billsten, H. H.; Zigmantas, D.; Sundström, V.; Polívka, T. Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 465.
68. Hashimoto, H.; Koyama, Y.; Hirata, Y.; Mataga, N. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3072.
69. Hashimoto, H.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 1989, 154, 321.
70. Kohler, B. E.; Spangler, C.; Westerfield, C. J. Chem. Phys. 1988, 89, 5422.
71. Simpson, J. H.; McLaughlin, L.; Smith, D. S.; Christensen, R. L. J. Chem. Phys. 1987, 87, 3360.
72. Isler, O. Carotenoids; Birkhauser: Basel, 1971.
73. Dreuw, A. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 4592.
74. Zhang, J.-P.; Fujii, R.; Qian, P.; Inaba, T.; Mizoguchi, T.; Koyama, Y.; Onaka, K.; Watanabe, Y. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3683.
75. Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Josue, J.; Pendon, Z.; Killer, R. G.; Sharples, F. P.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4569.
76. Frank, H. A.; Desamero, R. Z. B.; Chynwat, V.; Gebhard, R.; van der Hoef, I.; Jansen, F. J.; Lugtenburg, J.; Gosztola, D.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 149.
77. Macpherson, A. N.; Arellano, J. B.; Fraser, N. J.; Cogdell, R. J.; Gillbro, T. Biophys. J. 2001, 80, 923.
78. Okamoto, H.; Ogura, M.; Nakabayashi, T.; Tasumi, M. Chem. Phys. 1998, 236, 309.
79. Frank, H. A.; Josue, J. S.; Bautista, J. A.; van derHoef, I.; Jansen, F. J.; Lugtenburg, J.; Wiederrecht, G.; Christensen, R. L. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2083.
80. Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Josue, J. S.; Young, A. J. Biochemistry 2000, 39, 2831.
81. Fujii, R.; Ishikawa, T.; Koyama, Y.; Taguchi, M.; Isobe, Y.; Nagae, H.; Watanabe, Y. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 5348.
82. Billstein, H. H.; Herek, J. L.; Garcia-Asua, G.; Hashoj, L.; Hunter, C. N.; Sundström, V. Biochemistry 2002, 41, 4127.
83. Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. K. M.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11216.