ИСТИНА

В докладе будут рассмотрены современные методы и подходы к моделированию фотоиндуцированного отклика светочувствительных биомолекулярных систем с использованием сверхвысокопроизводительных вычислительных ресурсов МГУ. Детально будет рассмотрен фотоотклик хромофорных групп, обусловливающих чувствительность биологических систем к свету, двух типов белков – зрительных фоторецепторов и флуоресцентных белков. Фотоизомеризация протонированного основания Шиффа ретиналя – первичный процесс, приводящий к передаче зрительного сигнала. В белках фотохимическая реакция характеризуется большим квантовым выходом и проходит за сверхкороткие времена, порядка 200 фс. В работе установлено, что динамика релаксации первого электронно-возбужденного состояния в белках зрительной рецепции характеризуется такими же временами, как и фотоотклик изолированного 11-цис хромофора. Бактериальные родопсины, напротив, значительно уменьшают величину барьера в первом возбужденном состоянии полностью транс хромофора и, более того, меняют специфичность реакции изомеризации. Полученные результаты позволяют сделать вывод о роли белкового окружения в молекулярном механизме зрения. В работе исследованы механизмы резонансного фотоотклика анионного хромофора зеленого флуоресцентного белка EGFP при фотовозбуждении в широком диапазоне энергий. Разработан общий теоретический подход к моделированию резонансных фотоэлектронных спектров анионов биологических хромофоров и спектров действия фотоактивных белков. Показано, что сверхбыстрая безызлучательная релаксация из первого возбужденного состояния проходит по двум конкурирующим неадиабатическим каналам, которые включают в себя внутреннюю конверсию через конические пересечения и колебательную автоэмиссию электронов. Впервые установлен механизм избирательного фотоотклика хромофора в условиях селективного возбуждения колебательных мод, участвующих во взаимном переносе энергии между электронной и ядерной подсистемами. Показано, что фотоокисление зеленого флуоресцентного белка также идет по механизму колебательного переноса электрона из первого электронно-возбужденного состояния хромофорной группы на молекулы окислителя. Полученные результаты имеют принципиально важное значение для возможного практического применения EGFP in situ в качестве динамической контрастной метки или редокс-зонда.