ИСТИНА

Целью данной работы было исследование вовлеченности молекулы бактериохлорофилла ВА и ее ближайшего окружения в первичную (физическую) фазу разделения зарядов в РЦ бактериального фотосинтеза. Научная новизна работы: 1. В результате исследования фемтосекундной динамики ИК полосы поглощения аниона мономерного бактериохлорофилла в А-цепи ВА– впервые получено прямое доказательство реального участия ВА в первичном разделении зарядов в нативных РЦ Rba. sphaeroides R-26 и Cfx. aurantiacus. Аналогичный вывод сделан и в отношении ряда мутантных РЦ Rba. sphaeroides. Таким образом, ВА является первичным акцептором электрона, а состояние P+BA– – первичным состоянием с разделенными зарядами в этих РЦ. 2. По результатам исследования температурной зависимости замедленной флуоресценции феофитин-модифицированных РЦ Rba. sphaeroides R-26 найдено, что уровень свободной энергии первичного состояния с разделенными зарядами P+BA– находится ниже уровня свободной энергии возбужденного состояния димера Р* на ~550 см–1. Положение уровня свободной энергии P+BA– ниже аналогичного уровня Р* создает условия для реального участия молекулы ВА в переносе электрона от Р*. 3. Впервые получены прямые экспериментальные доказательства влияния коллективных движений ядер (в форме волнового пакета) в возбужденном состоянии димера Р* на первичное разделение зарядов в нативных и мутантных РЦ Rba. sphaeroides и в нативных РЦ Cfx. aurantiacus. Показано, что обнаруженные осцилляции населенностей первичных состояний с разделенными зарядами отражают обратимые переходы волнового пакета ядер с поверхности потенциальной энергии Р* на аналогичные поверхности фотопродуктов. Выявлены характерные моды ядерных движений, сопряженные с переносом электрона. 4. Впервые показано, что молекула кристаллографически определенной воды НОН55, расположенная вблизи бактериохлорофилла ВА в РЦ Rba. sphaeroides, оказывает сильное влияние на перенос электрона от димера бактериохлорофилла Р к ВА. Присутствие воды НОН55 ускоряет первичное разделение зарядов в ~4 раза, а ее вращение, инициированное фемтосекундным возбуждением Р, модулирует населенность состояния P+BA– с частотой 32 см–1 и кратными частотами. Анализ влияния воды НОН55 на перенос электрона с помощью мутантов по сайту М203 выявил один из возможных наиболее эффективных путей переноса электрона от Р к ВА с участием НОН55 по цепочке полярных групп атомов N–Mg(PB) –N–C–N(HisM202)–HOH55–O=(BA). 5. Выявлена ключевая роль тирозина М210, находящегося вблизи димера Р и мономерного бактериохлорофилла ВА в РЦ Rba. sphaeroides, в процессе первичного разделения зарядов и стабилизации разделенных зарядов. Впервые показано, что замедление первичной реакции переноса электрона в десятки раз в мутантных РЦ, не содержащих тирозин М210, сопровождается отсутствием стабилизации разделенных зарядов в состоянии P+BA–. Показано, что отсутствие тирозина М210 в мутантных РЦ не компенсируется его введением в положение М197 или значительным увеличением разницы свободной энергии состояний Р* и Р+ВА–. Выявлено стабилизирующее влияние полярной ОН-группы тирозина М210 на состояние P+BA– в процессе разделения зарядов в тирозин-содержащих РЦ. 6. Впервые в мутантных РЦ Rba. sphaeroides и в РЦ Cfx. aurantiacus обнаружен обратимый перенос электрона в малоактивную В-цепь, вызванный когерентным движением ядерного волнового пакета. Этот перенос возникает раньше на 60-80 фс, чем аналогичный когерентный перенос электрона в фотоактивной А-цепи. Возникновение когерентного переноса электрона в В-цепи не зависит от наличия или отсутствия условий для обычного, некогерентного переноса, а определяется в основном динамикой волнового пакета.