ИСТИНА

1. Вид и название работ Исследование обратимого переноса электрона при фотосинтезе бактерий в рамках НИР «Когерентный перенос электрона в реакционных центрах фотосинтеза». 2. Описание объекта разработки Обратимый перенос электрона наблюдается при фемтосекундном световом возбуждении реакционных центров фотосинтеза. Реакционные центры – это пигмент-белковые комплексы в составе фотосинтетической мембраны, в которых с высокой эффективностью происходят первичные процессы фотосинтеза. Обратимый перенос электрона проявляется в виде осцилляций в кинетиках первичных процессов в реакционных центрах. 3. Цель работы и основное практическое назначение планируемых результатов: Целью работы является получение новой информации о первичных стадиях разделения, переноса и стабилизации зарядов при фотосинтезе. Полученные знания будут использованы в дальнейших исследованиях фотосинтеза и в учебных программах по биофизике и фотобиологии. 4. Область применения планируемых результатов: Планируемые результаты могут найти применение при моделировании живых систем и создании наноразмерных объектов искусственного фотосинтеза. 5. Программа выполнения работ, конкретные технико-экономические показатели, параметры и характеристики объекта разработки: Программа работ включает анализ опубликованных данных, приготовление объектов исследования, наладку измерительной аппаратуры, предварительные и основные измерения, обработку полученных данных, написание и отладку вычислительных программ, математическое моделирование процессов, написание научных статей и отчетов. Измерения будут проведены с временным разрешением 20 фс и чувствительностью 10-5 в спектральной области 700-1100 нм на ряде природных и мутантных объектов, полученных методами генной инженерии и химической модификации. 6. Порядок приемки работ: Исполнитель выполняет работу и сдает Заказчику отдельные ее этапы в соответствии с техническим заданием и календарным планом и сметой расходов. Работа считается выполненной после подписания акта приемки-сдачи выполненных работ представителем Заказчика. 7. Перечень научной, технической и другой документации, подлежащей оформлению и сдаче: Результаты работы должны быть представлены в виде научных публикаций (изданных и принятых в печать) в отечественных и международных изданиях и в трудах конференций, съездов и симпозиумов. 8. Перечень дополнительных требований к предмету разработки, уровню и способам технических решений: Для адекватного анализа полученных данных уровень шумов в разностных (свет минус темнота) спектрах поглощения не должен превышать 15% от уровня полезного сигнала

Методом дифференциальной спектроскопии поглощения с временным разрешением 18 фс исследован начальный этап разделения и переноса зарядов в реакционных центрах (РЦ) точечных мутантов LL131H и LL131H/LM160H/FM197H пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides при 90 К. Показано, что в РЦ мутантов спад вынужденного излучения Р*, обусловленный разделением зарядов, значительно замедлен по сравнению с нативными РЦ Rhodobacter sphaeroides. В разностных спектрах поглощения мутантов отсутствует полоса поглощения аниона бактериохлорофилла ВА– при 1020 нм, которая регистрируется в аналогичных спектрах нативных РЦ. Полученные данные указывают на участие молекулы ВА в первичном переносе электрона. С помощью фемтосекундной спектроскопии изучали влияние кристаллографической воды на перенос электрона между первичным донором Р и акцептором ВА в реакционных центрах (РЦ) пурпурных бактерий Rbа. sphaeroides и зеленых бактерий Cfx. aurantiacus при 90 К. Обнаружено замедление разделения зарядов, уменьшение амплитуды осциллирующих компонент и обеднение их спектра при высушивании РЦ Rbа. sphaeroides и Cfx. aurantiacus. Полученные данные могут указывать на влияние или участие воды НОН55 на перенос электрона по цепи полярных групп атомов, соединяющей PB и BA. Исследована динамика первичного разделения зарядов в РЦ пурпурной бактерии Rba. sphaeroides и ее Р870-гетеродимерных мутантов с помощью фемтосекундной спектроскопии при 293 К. В разностных спектрах поглощения обнаружено увеличение поглощения в области 1060-1130 нм, которое может принадлежать молекуле катион-радикала РАdelta+ в составе смешанного состояния с частичным разделением зарядов внутри димера Р*( РАdelta+РВ delta–). Найдено, что в нативных РЦ Rba. sphaeroides это состояние формируется спустя всего 120-180 фс после возбуждения, а в РЦ гетеродимерных мутантов H(L173)L и H(M202)L – еще быстрее. Таким образом, состояние Р*( РАdelta+РВ delta–) образуется раньше, чем происходит перенос электрона на мономерный бактериохлорофилл ВА (за 1.1 пс). Проведено теоретическое моделирование разделения зарядов в нативных, модифицированных и мутантных РЦ Rba. sphaeroides с помощью кинетических уравнений с константами скорости, зависящими от времени. Найдено, что модель пяти состояний P*905BAHA ↔ P*940BAHA ↔ I ↔ P+BA–HA ↔ P+BAHA– хорошо объясняет экспериментальные кинетики ΔА при t > 150 фс. Наиболее интересный результат моделирования состоит в возможности существования новых промежуточных состояний Р*940ВАНА и I, участвующих в разделении зарядов. Первое состояние может быть состоянием PAdelta+ PBdelta– с частичным разделением зарядов между PA и PB. Состояние I может быть состоянием Pdelta+BAdelta– с частичным разделением зарядов между P* и BA. Близость расчетных и измеренных кинетик при t >150 фс демонстрирует возможность некогерентной природы наблюдаемых осцилляций.