Влияние конформационных изменений, возникающих при фотовозбуждении комплекса LHCII, на процессы релаксации и нефотохимического тушения флуоресценции.НИР

The effect of photoinduced conformational changes of LHCII complex on the rates of relaxation and non-photochemical quenching of fluorescence.

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 19 марта 2018 г.-26 марта 2019 г. Влияние конформационных изменений, возникающих при фотовозбуждении комплекса LHCII, на процессы релаксации и нефотохимического тушения флуоресценции.
Результаты этапа: В ходе первого года реализации проекта было проведено описание основного и возбужденных состояний комплекса LHCII. Для этого методом молекулярной механики была оптимизирована геометрия комплекса, а затем были рассчитаны частоты и нормальные моды колебаний. После этого была проведена серия расчетов энергий и волновых функций хромофоров, входящих в состав комплекса, методами CASSCF/XMCQDPT2. На основании полученных волновых функций были получены параметры TrCAMM разложения для каждого из хромофоров, а также разложение магнитных дипольных моментов перехода и импульсов перехода. Полученные параметры были использованы для расчета экситонного гамильтониана комплекса. Корректность предложенного гамильтониана была подтверждена расчетами спектров поглощения и кругового дихроизма, которые хорошо согласуются с экспериментальными. На основе анализа предложенного экситонного гамильтониана было показано, что из четырёх каротиноидов, входящих в состав комплекса, происходит преимущественный перенос на темновое состояние одного из лютеинов (результаты были представлены на конференции Фундаментальные основы атомистического многомасштабного моделирования). Поскольку как для корректного построения экситонного гамильтониана, так и для определения скорости переноса энергии необходимо точно рассчитать энергии взаимодействия хромофоров, была изучена применимость метода TrCAMM для расчета энергий межмолекулярных взаимодействий. На основании сравнения метода TrCAMM с несколькими более точными методами для модельной системы было показано, что на расстоянии более 4 ангстрем метод TrCAMM позволяет получить точные результаты, поэтому корректно использовать его для описания свойств комплекса LHCII (результаты опубликованы в журнале Computational and Theoretical Chemistry). Для того, чтобы установить природу конформационных изменений, приводящих к нефотохимическому тушению флуоресценции, были рассчитаны градиенты основного и возбужденных состояний лютеина. Было показано, что при фотовозбуждении происходит изменение геометрии вдоль нескольких колебательных мод, которые соответствуют системе сопряженных связей лютеина. Кроме того было показано, что эти изменения геометрии могут привести к изменению энергии перехода в возбужденное состояние, а так же к изменению скорости переноса энергии на лютеин, что способствует тушению флуоресценции (результаты представлены на VII Всероссийской конференции по структуре и энергетике молекул).
2 26 марта 2019 г.-26 марта 2020 г. Влияние конформационных изменений, возникающих при фотовозбуждении комплекса LHCII, на процессы релаксации и нефотохимического тушения флуоресценции.
Результаты этапа: В ходе реализации проекта была предложена модель, которая на основании неэмперических высокоточных квантово-химических расчетов, позволяет описывать электронно-колебательные состояния как отдельных хромофоров, так и всего комплекса. Корректность предложенной модели была подтверждена сравнением расчетных данных с экспериментальными спектрами поглощения комплекса, а также изолированного лютеина. На основании параметров предложенной модели было показано, что наиболее эфективный перенос на темновое состояние каротиноида происходит в паре LUT620-CLA612, что означает что процесс тушения флуоресценции должен включать эту стадию. Кроме того с помощью параметров электронно-колебательного взаимодействия были выделены ряд нормальных мод колебаний, вдоль которых происходит наибольшее изменение геометрии при фотовозбуждении. Для этих мод были рассчитаны константы скорости переноса энергии с участием отдельных электронно-колебательных состояний лютеина. Полученные константы пролили свет на наблюдающиеся в эксперименте времена жизни этого состояния. Кроме того было показано, что перенос происходит преимущественно на колебательно возбужденное темновое состояние, а также была показана значимая роль второго возбужденного состояния хлорофилла, которая ранее не рассматривалась.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".