Фемтосекундная динамика смешанных состояний с переносом заряда в реакционных центрах фотосинтезаНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Фемтосекундная динамика смешанных состояний с переносом заряда в реакционных центрах фотосинтеза
Результаты этапа: В 2014 году проведено теоретическое моделирование первичного разделения зарядов в реакционных центрах (РЦ) бактериального фотосинтеза. Некогерентная динамика заселенностей состояний РЦ исследована с помощью кинетических уравнений в предположении, что разделение зарядов сопровождается регулярным движением системы вдоль дополнительных координат. Показано, что наиболее близка к экспериментальным данным нативных и мутантных РЦ Rba. sphaeroides модель из двух возбужденных состояний P*905BAHA и P*940BAHA и трех состояний с разделенными зарядами I, P+BA–HA и P+BAHA– (здесь P – димер бактериохлорофилла, BA и HA – мономеры бактериохлорофилла и бактериофеофитина в фотоактивной А-цепи пигментов). В целом, модель описывает осциллирующие кинетики стимулированного излучения P* и поглощения BA– в широком диапазоне изменения основных параметров. Природа состояний I и P*940BAHA обсуждается с позиций частичного разделения зарядов между P и BA, а также внутри P.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Фемтосекундная динамика смешанных состояний с переносом заряда в реакционных центрах фотосинтеза. Этап 2
Результаты этапа: Теоретически и экспериментально исследованы процессы электронной и колебательной релаксации возбужденного состояния первичного донора электронов, димера бактериохлорофилла Р* фотосинтезирующих бактерий. Расчеты проводили с помощью некогерентной многомодовой модели в приближении двух возбужденных состояний Р и нескольких колебательных мод. Объектом экспериментального исследования были реакционные центры мутанта YM210W Rba. sphaeroides, в котором состояние Р* сохраняется в течение нескольких десятков пикосекунд. Показано, что электронно-колебательная релаксация в состоянии Р* проявляется в виде изменений формы разностных (свет – темнота) спектров поглощения, которые происходят в фемтосекундном диапазоне. Детальное сравнение теоретических кинетик и спектров с экспериментальными данными позволило оценить характерные времена электронной (54 фс) и колебательной (120 фс) релаксации в Р*. Для выяснения природы второго возбужденного состояния необходимы исследования когерентных механизмов формирования Р*. С помощью методов молекулярной динамики и приближения Ланжевена рассчитана спектральная функция поляризации вокруг димера Р и диэлектрический отклик на разделение зарядов внутри этого димера. Найдены характерные частоты белковой динамики в области 30-155 см−1. Рассмотрен механизм захвата энергии возбуждения Р в форме упругих колебаний окружения Р, объясняющий известные спектрально-энергетические свойства Р.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Фемтосекундная динамика смешанных состояний с переносом заряда в реакционных центрах фотосинтеза. Этап 3
Результаты этапа: Теоретически и экспериментально исследована фемтосекундная динамика смешанных состояний с переносом заряда в реакционных центрах (РЦ) фотосинтеза бактерий. Теоретическое моделирование первичного разделения зарядов в РЦ проведено с помощью некогерентного и когерентного подходов в рамках теорий Маркуса, Ланжевена и Редфилда. Экспериментальные исследования проведены в РЦ Rba. sphaeroides с помощью разностной ИК спектроскопии с разрешением 20 фс. Показано, что наиболее близка к экспериментальным данным модель из двух возбужденных состояний P1*BAHA и P2*BAHA и трех состояний с разделенными зарядами I, P+BA–HA и P+BAHA– (P – димер бактериохлорофилла, BA и HA – мономеры бактериохлорофилла и бактериофеофитина в фотоактивной А-цепи пигментов). Промежуточное состояние I имело энергию, близкую к энергии возбужденных состояний, высокую скорость заселения и опустошения и спектральную идентичность к BA–. Природа смешанных состояний РЦ обусловлена частичным разделением зарядов между P и BA, а также внутри P. Исследованы процессы электронной и колебательной релаксации возбужденных состояний Р1* и Р2*. Показано, что электронно-колебательная релаксация проявляется в виде изменений формы разностных (свет – темнота) спектров поглощения в фемтосекундном диапазоне. Детальное сравнение теоретических кинетик и спектров с экспериментальными данными позволило оценить характерные времена электронной (54 фс) и колебательной (120 фс) релаксации. Для выяснения природы второго возбужденного состояния проведены исследования когерентных механизмов формирования Р*. Показана возможность сверхбыстрого (за время ~50 фс) переноса заселенности и колебательной когерентности из первого состояния Р1*, непосредственно возбуждаемого светом, во второе состояние Р2*, которое является оптически темным и спектрально отличается от Р1*. Этот перенос ярче всего виден в кинетиках вынужденного излучения при 870 и 960 нм , где излучают состояния Р1* и Р2*, соответственно. Показано, что форма когерентных осцилляций в кинетиках определяется, в основном, колебательной когерентностью двух возбужденных состояний.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".