|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Моделирование механизмов протонирования молекулы вторичного хинона в фотосинтетическом реакционном центре бактерии Rb. sphaeroidesдипломная работа (Специалист)
- Научный руководитель: Красильников П.М.
- Автор: Степанов Михаил Леонидович
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2015
- Аннотация: Пурпурная бактерия Rb. sphaeroides (рис. 1) обладает широким набором вариантов метаболизма. В зависимости от условий Rb. Sphaeroides может вести себя как анаэробный фототроф, как автотроф, а в отсутствие света — как аэробный хемогетеротроф. Это обусловлено физико-химическими свойствами фотосинтетической мембраной, позволяющими подстраиваться бактерии под необходимый тип метаболизма. Одним из важнейших структурных элементов фотосинтетической мембраны Rb. sphaeroides является электрон-транспортная цепь (ЭТЦ), в которую включают реакционный центр и цитохром bc1. ЭТЦ широко используется в качестве модельного объекта для изучения механизмов электронного и протонного транспорта в процессах фотосинтеза. Реакционный центр (РЦ) имеет функциональное сходство и общее происхождение c так называемой второй фотосистемой (ФС II) высших растений и активируется при воздействии света (Скулачев и др., 2010). Детальное изучение процессов электронного и протонного транспорта в фотосинтетических мембранах Rb. sphaeroides позволяет лучше понять механизмы молекулярных процессов, лежащих в основе фотосинтеза, а также регуляцию этих процессов в изменяющихся условиях окружающей среды. На сегодняшний день хорошо известны общие принципы функционирования фотосинтетического аппарата, включающие различные стадии фотохимических реакций и реакций электронного и протонного переноса. Разработаны экспериментальные методы для их анализа. В то же время, не все аспекты функциональных свойств ЭТЦ удается изучить при помощи экспериментальных методов, так как они имеют свои ограничения. Несмотря на значительное количество накопленных экспериментальных данных, детали некоторых процессов в РЦ Rb. sphaeroides остаются не вполне ясными. Вместе с тем, развитие вычислительной техники и методов вычислительной квантовой химии позволяет моделировать детали многих молекулярных процессов, протекающих в биосистемах. С помощью этих методов стало возможным проведение вычислительных экспериментов (экспериментов in silico). Такие теоретические исследования помогают в интерпретации данных экспериментальных исследований. Например, до сих пор остаются невыясненными детали сопряженного транспорта электронов и протонов в фотосинтетических процессах, а так же механизма захвата протонов реакционным центром из цитоплазмы. При этом протонирование вторичного хинона, входящего в структуру кофакторов РЦ, является одним из важнейших этапов в преобразовании и запасании энергии солнечного света в виде трансмембранной разности потенциала. Целью данной работы является моделирование методами квантовой химии процесса протонирования одн- и двукратно восстановленной молекулы вторичного хинона Qb. В качестве критерия стабильности зарядового состояния молекулы использовалась как величина, так и форма поверхности потенциальной энергии системы. В соответствии с поставленной целью в данном исследовании были поставлены и решены следующие задачи: 1. Создана модельная квантово-химическая система, позволяющая воспроизводить ключевые моменты процесса первичного протонирования молекулы вторичного хинона Qb. 2. Получены устойчивые конформации (в энергетическом минимуме) модельной системы при нейтральном Qb0, однократно восстановленном Qb- и двукратно восстановленном Qb2- состояниях молекулы вторичного хинона. 3. Исследована зависимость энергии системы для различных конформаций и соответствующих зарядовых состояний вторичного хинона посредством сечения (профиль) поверхности потенциальной энергии вдоль линий водородных связей модельной системы. 4. Предложен механизм протонирования вторичного хинона, включающий процесс концертного (кооперативного) переноса протонов модельной системы вдоль водородных связей.
- Добавил в систему: Красильников Павел Михайлович