ИСТИНА

Под фотосинтезом обычно понимается совокупность физико-химических процессов протекающих в живой природе и связанных с преобразованием солнечной энергии в энергию химических связей. Значение фотосинтеза для всего живого на Земле трудно переоценить. Фактически весь кислород, входящий в состав атмосферы, является продуктом жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Примерно 3 млрд. лет назад с появлением цианобактерий, способных к расщеплению молекулы воды при поглощении квантов света и выделению кислорода в качестве продукта жизнедеятельности, связывают фундаментальные изменения состава атмосферы (кислородная катастрофа), благодаря которым стало возможным появление и существование аэробных организмов [1]. Временные рамки реакций фотосинтеза достаточно широки: от фемтосекундных времён жизни экситонных состояний в антеннах, до миллисекунд, необходимых для темновых химических реакций превращения углекислого газа в глюкозу. Все фотосинтезирующие организмы содержат пигмент-белковые светособирающие антенные комплексы [1,2]. Основная функция антенных комплексов – поглощение квантов света и эффективный перенос энергии к реакционным центрам, которые инициируют цепь химических реакций транспорта электронов через мембрану. В состав антенных комплексов высших растений и цианобактерий входят молекулы пигмента хлорофилла (в случае фотосинтезирующих бактерий основным пигментом в антенне является бактериохлорофилл). В зависимости от модификаций хлорофилла, а также энергии взаимодействия между ними, спектр поглощения антенн варьируется в красной области в диапазоне от 600 до 900 нм и в синей области от 300 до 500 нм. При поглощении кванта света в антенных комплексах образуются возбуждённые состояния – экситоны. Каждое такое состояние характеризуется энергией и временем жизни. Количество экситонных состояний в точности равно количеству молекул хлорофилла в антенне. Уровни энергии, соответствующие реакционному центру обычно расположены ниже экситонной полосы антенны, дабы обеспечить эффективный перенос энергии из антенны в реакционный центр. Возможность возбуждения выделенных из мембран антенных комплексов короткими фемтосекундными лазерными импульсами позволяет проследить заселённость различных экситонных состояний и оценить их времена жизни. Для моделирования оптического отклика антенных комплексов используется релаксационная тория Редфилда в различных модификациях [3]. Ключевым фактором для отыскания адекватной экситонной модели является правильная оценка взаимодействия экситонов с колебательными состояниями хлорофиллов и белкового окружения. Так как фотосинтетические антенны могут содержать до сотни молекул пигментов, то для проведения точных количественных оценок желательно использовать вычислительные мощности суперкомпьютеров, которые позволяют распараллеливать программы и в некоторых случаях получить десятикратное ускорение вычисления оптического отклика [4]. 1. Shevela,Dmitiry, Pishchainikov,Roman Y., Eichacker,Lutz A., Govindjee Oxygenic Photosynthesis in Cyanobacteria // STRESS BIOLOGY OF CYANOBACTERIA: MOLECULAR MECHANISM TO CELLULAR RESPONSES, CRC Press, 2013, 3-40 2. Pishchalnikov,R.Y., Razjivin,A.P., From localized excited states to excitons: Changing of conceptions of primary photosynthetic processes in the twentieth century // Biochemistry-Moscow, 2014, 79, 3, 242-250 3. Pishchalnikov,R.Yu., Pershin,S.M., Bunkin,A.F. H2O and D2O spin-isomers as a mediator of the electron transfer in the reaction center of purple bacteria // Physics of Wave Phenomena, 2012, 20, 3, 184-192 4. Pishchalnikov R.Yu., Shubin V.V., Razjivin A.P. Spectral differences between monomers and trimers of Photosystem I depend on the interaction between peripheral chlorophylls of neighboring monomers in trimer // Physics of Wave Phenomena, 2017, 25, 3, 185-195