Среди большого разнообразия фотосинтетических пигмент-белковых комплексов, реакционные центры представляют наибольший интерес для теоретического исследования, поскольку как для оксигенных, так и для аноксигенных фотосинтезирующих организмов, обладают схожим пространственным расположением пигментных молекул. Главная особенность любого реакционного центра - наличие двух ветвей пигментных молекул, состоящих из хлорофиллов, феофитинов (бактериохлорофиллов и бактериофеофитинов), каротиноидов, а также хинонов. Существует два типа реакционных центров, классифицируемых по типу терминального акцептора электронов. К первому типу относятся реакционные центры, у которых акцепторами электронов является железосерные кластеры (фотосистема 1, зелёные серобактерии, гелиобактерии); у реакционных центров второго типа (хлорофлексии, пурпурные бактерии, фотосистема 2) роль акцепторов выполняют хиноны. Теоретическое моделирование результатов различных методов спектроскопических измерений позволяет проанализировать наблюдаемые оптические свойства реакционных центров и описать механизм эффективного преобразования солнечной энергии в электронные возбуждённые состояния и состояния с разделёнными зарядами. Более того, использование рентгеноструктурных данных пигмент-белковых комплексов, а также современных вычислительных и оптимизационных методов, делает возможным построение универсальных квантово-механических моделей, необходимых для описания процессов фотосинтеза у разных организмов.



Исследование выполнено за счёт гранта РНФ № 22-21-00905, https://rscf.ru/project/22-21-00905/

Among the great diversity of photosynthetic pigment-protein complexes, reaction centers are of the greatest interest for theoretical study because both oxygen and non-oxygenic photosynthetic organisms have similar spatial arrangements of pigment molecules. The main feature of any reaction center is the presence of two branches of pigment molecules, consisting of chlorophylls, pheophytins (bacteriochlorophylls and bacteriopheophytins), carotenoids as well as quinones. There are two types of reaction centers, classified according to the type of terminal electron acceptor. The first type includes reaction centers in which iron-sulfur clusters (photosystem I, green-sulfur bacteria, heliobacteria) are electron acceptors; the second type (chlorophlexia, purple bacteria, photosystem II) has quinones as acceptors. The theoretical modeling of the results of various spectroscopic techniques makes it possible to analyze the observed optical properties of the reaction centers and describe the mechanism of efficient conversion of solar energy into electronic excited and charge-separated states. Moreover, the use of X-ray data of pigment-protein complexes as well as modern computational and optimization methods allows the construction of universal quantum-mechanical models necessary for the description of photosynthetic processes in different organisms.



This study was supported by the Russian Science Foundation (RSF # 22-21-00905, https://rscf.ru/en/project/22-21-00905/).