Введение к работе
Актуальность теш. Фотосинтез - это фундаментальный биологически процесс, обеспечивающий жизнь на Земле. Этим определяется акту-льность изучения теоретических и прикладных аспектов этого процес-з. Первичные процессы фотосинтеза -преобразования энергии света в пектрохимическую энергию разделенных аарядов- происходят со 100 % зантовой эффективностью в мембранных пигмент-белковых комплексах, азываемых реакционными центрами (РЦ). В основе этих процессов лета обнаруженная А. А. Красновским способность хлорофилла к обрати-зму фотовосстановлению и окислению.
К настоящему времени наиболее изучены РЦ несерных пурпурных іктерий.' Применение спектральных и биохимических методов позволи-> установить компоненты РЦ и кинетики переноса электрона между іми (Dutton et al. , Parson et al., Feher et al. , Breton et al. , 'валов и др. , Рубин и др. , 1975-1988). Найдена трехмерная струк-ра РЦ на основе рентгеноструктурных данных (Michel et al. , isenhofer et al., 1984-1986; Allen et al. , 1986-1989), она под -ердила структурную модель РЦ, основанную на спектральных данных (увалов и др. , 1976-1982).
В то же время оставались неясными природа возбужденного состоял первичного донора и процесса его релаксации, роль молекул прожиточного акцептора в этом процессе. В частности, представляют ин-рес РЦ зеленой несерной бактерии Chlorcflexus aurantiacus, отлившиеся от РЦ пурпурных бактерий составом пигментов, структурой лков, скоростями переноса электрона.
Целью работы является изучение спектрально - кинетических эйств первичного донора электрона в РЦ фототрофных бактерий. Для достижения были поставлены следующие задачи :
выявить структуру спектров поглощения первичного донора гктрона в РЦ Rhodobacter sphaeroides R-26, Rhodopseudoronas vi-lis и G. aurantiacus, используя селективное лазерное возбуждение эффект выжигания спектральных провалов при температурах около 2 К;
выяснить природу первичного доонора электрона и определить шговый выход разделения зарядов в РЦ С. aurantiacus при 293 К;
исследовать влияние постоянного магнитного поля на относите-
сь 1ый выход триплетного состояния Р первичного донора электрона в
С. aurantiacus и сравнить с аналогичными эффектами в РЦ пурпур-
: бактерий;
- изучить механизм образования триплетного состояния первично-
го донора электрона ^Р в РЦ Rhodopseudomon»?. viridis при 77 К ;
изучить реакции рекомбинации разделенных зарядок Р <3д и Р+С в РЦ Rb. sphaeroides R-26 со встроенными искусственными хинонами.
Научная новизна. 1) Обнаружен широкий спектральный провал в с ласти полосы поглощения первичного донора в РЦ С. aurantiacus при К, не зависящий от длины волны возбуждения. 2) Выявлены узкие лі нии в спектре выжигания провала на фоне широкой полосы д А первичі го донора электрона в РЦ Rb. sphaeroides R-26 при 2 К и селективне лазерном возбувдении. 3) Определена величина молярного козффициеі та зкетинкции д^870 при образовании катион-радикала Р+ в РЦ С. aurantiacus, равная 115000 ± 15000 М ем и совпадающая ед{„„д д. Р в РЦ Rb. sphaeroides R-26. 4) Найдено влияние постоянного магнж ного поля на выход триплетного состояния первичного донора ,;>Р в 1
С. aurantiacus. 5) Обнаружено изменение выхода Р при восстановлении молекул бактериохлорофилла (Вхл) и бактериофеофитина (Бфео) І.-цепи и Бфео в М-цепи РЦ R. viridis при 77 К; получено независим доказательство того, что в РЦ R.viridis состояние "-Р не может об зовываться непосредственно из синглетного возбужденного состояв Р*. 6) Определен квантовый выход образования Р+НГ, в неактивной М цепи и оценено время переноса электрона с Р960 на молекулу Нм (2 псек). 7) Получены новые данные о свойствах рекомбинации ион-рад кальной пары P+Q^ при встраивании ряда искусственных хинонов в Rb. sphaeroides R-26, и оценено время переноса электрона с молеку HL на молекулу хияона, встроенную на место QA. Результаты раба позволяют более полно описать свойства первичного донора электрс в РЦ фототрофных бактерий и конкретизировать задачи дальнейших и следований.
Практическая значимость работы. Разработка методов выжигая провалов в спектрах поглощения фотохимических систем с высон квантовым выходом, каковыми являются РЦ, важна для изучения т вичных этапов преобразования солнечной анергии в фотосинтетичесї системах и созданных на их основе биотехнологических устройсті запоминания информации. Встраивание искусственных хинонов с рг личными окислительна-восстановительными потенциалами в РЦ с э\ трагированными природными хинонами позволяет изменять знергетиче кую эффективность работы РЦ. Наши данные о свойствах первита донора в реконструированных искусственными хинонами РЦ уже исло. зукггея для создания преобразователей света на основе аффинной п] шивки РЦ на полупроводниковые электроды, а также систем для оп' ческой записи информации.
ілробация работы. Основные результаты доложены на XII Беееоюз-ой конференции по когеррентной и нелинейной оптике (Москва, 985), на мевдународной школе ЕМБО по зеленым фотосинтезируюшим актериям (Дания, Ниборг, 1987), на рабочем совещании "Лазерная пектроскония сложных молекул" (Эст,ССР, Дохуеолу, 1988), на V кон-еренции молодих ученых социалистических стран по биоорганической имии (Пущино, 1988).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатних работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введена, обзора литературы (гл.1), постановки палачи и выбора методов ^следования (гл.2), описания объектов и методов исследования (гл. ), наложения экспериментальных результатов и их обсуждения (гл. 4, , G и 7), заключения, выводов и списка цитированной литературы 216 источников, в том число. 184 иностранных). Работа изложена на 13 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков и Ь таблиц.