Дослідження фотоіндукованого переносу електрона в фотосинтетичних реакційних центрах бактерій - Автореферат

Відомо, що процеси електронного переносу між донором і акцептором бактеріальних РЦ відбуваються в два етапи: спочатку електрон локалізується на вторинному хінонному акцепторі з втратою частини енергії шляхом коливальної релаксації; далі молекула акцептора переходить у новий конформаційно-рівноважний стан у відповідності з її новим електронним станом. Тому дослідження кінетики фотозбудження і релаксації електрона при різних режимах фотоактивації РЦ має важливе значення у розумінні як процесів електрон-конформаційної взаємодії, так і шляхів керування потоком фотозбуджених електронів. Для досягнення цієї мети були поставлені і вирішені такі задачі: зясувати особливості взаємодії світла з макромолекулами РЦ, що здатні тривалий час перебувати у стані з розділеними зарядами; Вперше показано суттєву відмінність поглинання світла, що проходить крізь середовище з такими молекулами, від класичного закону поглинання світла Бугера-Ламберта-Бера, і виявлено, за яких умов можливий рівномірний розподіл збуджуючого світла вздовж його оптичного шляху, а також розроблено нову методику обробки експериментальних результатів, що враховує нелінійний характер поглинання світла молекулами у зразку. Особистий внесок здобувача: наукові праці [3,5,9,10,12,13,14] написані без співавторів; у наукових працях, опублікованих зі співавторами, особистий внесок здобувача полягає у наступному: в роботі [1] - участь у розвитку теорії та написанні програми і статті, обробка даних, розрахунки; у роботах [2,8] - обробка даних, розрахунки, участь в обговоренні результатів; у роботі [4] - розробка моделі, обробка даних, розрахунки, написання статті, участь у інтерпретації результатів та постановці експерименту; у роботах [6,11,16] - обробка даних, розрахунки, участь у написанні програми і інтерпретації результатів; у роботах [7,15] - участь у написанні програми, обробка даних, аналіз і інтерпретація результатів, аналіз літературних даних, написання статті, тез.Весь процес можна розбити на кілька простих стадій: 1) тунелювання електрона з однієї молекули-кофактору на інший-протягом цієї стадії конформаційний стан макромолекули можна вважати незмінним; 2) конформаційний перехід самої макромолекули, викликаний зміною розподілу електронної густини-протягом цієї стадії розподіл електронної густини адіабатично прямує за зміною конформаційних перетворень; при цьому електронний стан завжди знаходиться у рівновазі з конформацією макромолекули. У найпростішому випадку, коли макромолекула має два просторово розділені редокс-кофактори (фотодонор-димер бактеріохлорофілу і фінальний акцептор-вторинний хінон QB), а також у випадку наявності проміжних акцепторів, стани яких мають заселеність, якою можна знехтувати, базова система рівнянь еволюції конкретизується у вигляді: (1) де ?д(t), ?a(t) - імовірності знаходження системи в момент часу у станах з електроном на донорі д чи акцепторі а відповідно. Це означає, що система ніколи не знаходиться у рівновазі, а її нерівноважний стан підтримується за рахунок зовнішнього джерела (світла), що ініціює основний процес фоторозділення зарядів, який виконується макромолекулою РЦ в процесі її функціонування. Теоретично обґрунтовано, що у випадках, коли біологічні макромолекули перебувають у стані з фоторозділеним зарядом аномально великий час (набагато більший від типових часів розпаду ~10-8c), класичний закон Бугера-Ламберта-Бера I(z)=I0e-?cz (де I0-інтенсивність падаючого на зразок світла, ?-коефіцієнт молярної екстинкції, с-молярна концентрація поглинаючих молекул, z-довжина оптичного шляху світла) порушується, оскільки концентрація молекул в основному стані сд змінюється вздовж оптичного шляху збуджуючого світла. Виявлено, що при збільшенні тривалості фотоактивації РЦ відбуваються зміни у розподілі характерних часів релаксації: 1) при фотоактивації РЦ протягом 10 та 30 секунд у розподілі зявляються нові піки шляхом відокремлення від існуючих (Рис.5), що свідчить про утворення нових конформаційних підстанів; 2) із збільшенням тривалості фотоактивації відбуваються зсуви в область більших значень часів релаксації, що стосуються повільної фази (так, найбільш повільна компонента ?4 збільшується у 8 разів, компонента ?5-у 4 рази, а компонента ?6-у 3 рази), з перерозподілом їх вагових вкладів; 3) в області швидкої фази спостерігається поява (при малих часах фотоактивації розчину РЦ) і зникнення (при великих тривалостях фотоактивації) сателітного піку ?3; 4) значення часів релаксації швидкої фази ?1 і ?2 залишаються практично незмінними, причому компонента ?1?0.1 c відповідає характерному часу релаксації електрону у РЦ без вторинного хінонного акцептора, а компонента ?2?1 c відповідає характерному часу швидкої рекомбінації електрона з вторинного хінону РЦ.Досліджено особливості взаємодії світла з фотоактивними біологічними макромолекулами, що перебувають у стані з фоторозділеним зарядом аномально великий час. Вперше показано суттєву відмінність поглинання світла, що проходить крізь таке середовище від класичного закону поглинання

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ