Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Комплекс Фенна Меттьюса Олсона ФМО є водорозчинним комплексом і був першим пігментно білковим комплексом ПБК який проана

Комплекс Фенна-Метьюса-Олсона

Комплекс Фенна-Метьюса-Олсона

Комплекс Фенна-Меттьюса-Олсона (ФМО) є водорозчинним комплексом і був першим пігментно-білковим комплексом (ПБК), який проаналізували за допомогою рентгенівської спектроскопії . Він виникає в зелених сірчаних бактеріях і є медіатором при передачі енергії збудження від хлоросоми, до бактеріальних реакційних центрів, (РЦ) вбудованих в мембрану клітини. Його структура — тример. Кожен з трьох мономерів містить вісім молекул бактеріохлорофілу a. Вони зв'язуються з білковим каркасом шляхом лігування їх центрального атома магнію або до амінокислот білка (переважно гістидину), або до атомів кисню, пов'язаних з водою (лише один бактеріохлорофіл a з кожного мономеру).

image
Фігура 1. Тример білка FMO. BChl a молекули зображені зеленим кольором, центральний атом магнію — червоним кольорі, а білок сірим

Оскільки структура комплексу є відомою, стало модливим вирахаувати оптичний спектр та порівняти його з експериментальними даними. У найпростішому випадку враховується лише екситонічне зчеплення бактеріохлорофілі. Більш реалістичні теорії розглядають зв'язування пігменту та білка. Важливою властивістю є локальна енергія переходу (позиційна енергія) BChls, індивідуальна для кожного комплексу. Саме позиційна енергія визначає напрямок потоку енергії в бактеріохлорофілі.

Деяку інформацію про суперкомплекс ФМО-РЦ, вдалось отримати за допомогою електронної мікроскопії та спектрів лінійного дихроїзму, виміряних на тримерах ФМО та комплексах ФМО-РЦ. З цих вимірювань стало зрозумілим, що можливі дві орієнтації комплексу ФМО відносно РЦ. Орієнтація в якій бактеріохлорофіли 3 і 4 розташовані близько до РЦ, а бактеріохлорофіли 1 і 6 (за оригінальною нумерацією Фенна та Метьюся), орієнтовані в сторону хлоросом, що допомагає ефективно передававти енергію.

Об'єкт тестування

Цей комплекс є найпростішим ПБК, що існує в природі, і тому є зручним тестовим об'єктом для розробки методів, які можна перенести на складніщі системи, такі як фотосистема І. Енгель та його співробітники зауважили, що комплекс ФМО проявляє на двио довготривалу квантову когерентність проте приблизно через десятиліття дебатів Вілкінс і Даттані показали, що це не має значення для функціонування комплексу.

Квантове збирання світла

Збір світла при фотосинтезі використовує як класичні, так і квантово-механічні процеси з ККД майже 100 %. В класичних системах фотони повинні досягати реакційних центрів, перш ніж їх енергія розсіється, тобто менше ніж за одну наносекунду. Проте при фотосинтезі це неможливо. Оскільки енергія може існувати в суперпозиції, вона може подорожувати всіма маршрутами всередині матеріалу одночасно. Коли фотон знаходить правильний пункт призначення, суперпозиція колапсує, роблячи енергію доступною. Однак немає повністю квантових процесів які так поводяться, оскільки деякі квантові процеси сповільнюють рух квантованих об'єктів через мережі. локалізація Андерсона перешкоджає поширенню квантових станів у випадкових середовищах. Оскільки стан поводиться як хвиля, він вразливий до перешкод, які його руйнують. Інша проблема — квантовий ефект Зенона, суть якого в тому, що нестабільний квантовий стан ніколи не міняється, якщо його постійно вимірювати / спостерігати, тому що спостереження постійно його змінює, не даючи тому колапсувати.

Взаємодія між квантовими станами та навколишнім середовищем діють як вимірювання. Класична взаємодія з навколишнім середовищем змінює хвилеподібну природу квантового стану настільки, щоб запобігти локалізації Андерсона, тоді як квантовий ефект Зенона продовжує час життя квантового стану, дозволяючи йому дістатися до центру реакції.

Обчислення

Проблема пошуку центру реакції в білковій матриці формально еквівалентна багатьом проблемам в обчислювальній техніці. Відображення обчислювальних проблем на пошук енергією збудження центрів реакцій може зробити збір світла новим типом обчислювального пристрою, підвищуючи обчислювальні швидкості при кімнатній температурі, збільшуючи ефективність у 100—1000 разів.

Список літератури

  1. Tronrud, D.E.; Schmid, M.F.; Matthews, B.W. (April 1986). Structure and X-ray amino acid sequence of a bacteriochlorophyll a protein from Prosthecochloris aestuarii refined at 1.9 A resolution. Journal of Molecular Biology. 188 (3): 443—54. doi:10.1016/0022-2836(86)90167-1. PMID 3735428.
  2. Fenna, R. E.; Matthews, B. W. (1975). Chlorophyll arrangement in a bacteriochlorophyll protein from Chlorobium limicola. Nature. 258 (5536): 573—7. Bibcode:1975Natur.258..573F. doi:10.1038/258573a0.
  3. Vulto, Simone I. E.; Neerken, Sieglinde; Louwe, Robert J. W.; De Baat, Michiel A.; Amesz, Jan; Aartsma, Thijs J. (1998). Excited-State Structure and Dynamics in FMO Antenna Complexes from Photosynthetic Green Sulfur Bacteria. The Journal of Physical Chemistry B. 102 (51): 10630—5. doi:10.1021/jp983003v.
  4. Wendling, Markus; Przyjalgowski, Milosz A.; Gülen, Demet; Vulto, Simone I. E.; Aartsma, Thijs J.; Van Grondelle, Rienk van; Van Amerongen, Herbert van (2002). The quantitative relationship between structure and polarized spectroscopy in the FMO complex of Prosthecochloris aestuarii: refining experiments and simulations. Photosynthesis Research. 71 (1–2): 99—123. doi:10.1023/A:1014947732165. PMID 16228505.
  5. Pearlstein, Robert M. (1992). Theory of the optical spectra of the bacteriochlorophyll an antenna protein trimer from Prosthecochloris aestuarii. Photosynthesis Research. 31 (3): 213—226. doi:10.1007/BF00035538. PMID 24408061.
  6. Renger, Thomas; (2002). On the relation of protein dynamics and exciton relaxation in pigment–protein complexes: An estimation of the spectral density and a theory for the calculation of optical spectra (PDF). The Journal of Chemical Physics. 116 (22): 9997—10019. Bibcode:2002JChPh.116.9997R. doi:10.1063/1.1470200.
  7. Rémigy, Hervé-W; Stahlberg, Henning; Fotiadis, Dimitrios; Müller, Shirley A; Wolpensinger, Bettina; Engel, Andreas; Hauska, Günter; Tsiotis, Georgios (July 1999). The reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum: a structural analysis by scanning transmission electron microscopy. Journal of Molecular Biology. 290 (4): 851—8. doi:10.1006/jmbi.1999.2925. PMID 10398586.
  8. Rémigy, Hervé -W.; Hauska, Günter; Müller, Shirley A.; Tsiotis, Georgios (2002). The reaction centre from green sulphur bacteria: progress towards structural elucidation. Photosynthesis Research. 71 (1–2): 91—8. doi:10.1023/A:1014963816574. PMID 16228504.
  9. Adolphs, Julian; Renger, Thomas (October 2006). How proteins trigger excitation energy transfer in the FMO complex of green sulfur bacteria. Biophysical Journal. 91 (8): 2778—97. Bibcode:2006BpJ....91.2778A. doi:10.1529/biophysj.105.079483. PMC 1578489. PMID 16861264.
  10. Engel, Gregory S.; Calhoun, Tessa R.; Read, Elizabeth L.; Ahn, Tae-Kyu; Mancal, Tomáš; Cheng, Yuan-Chung; Blankenship, Robert E.; Fleming, Graham R. (2007). Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems. Nature. 446 (7137): 782—786. Bibcode:2007Natur.446..782E. doi:10.1038/nature05678. PMID 17429397.
  11. Wilkins, David M.; Dattani, Nikesh S. (2015). Why Quantum Coherence Is Not Important in the Fenna–Matthews–Olsen Complex. Journal of Chemical Theory and Computation. 11 (7): 3411—3419. arXiv:1411.3654. doi:10.1021/ct501066k. PMID 26575775.
  12. MIT (25 листопада 2013). . Technologyreview.com. Архів оригіналу за 24 вересня 2015. Процитовано 6 грудня 2013.
  13. Vattay, Gabor; Kauffman, Stuart A. (2013). Evolutionary Design in Biological Quantum Computing. arXiv:1311.4688 [cond-mat.dis-nn].

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Kompleks Fenna Mettyusa Olsona FMO ye vodorozchinnim kompleksom i buv pershim pigmentno bilkovim kompleksom PBK yakij proanalizuvali za dopomogoyu rentgenivskoyi spektroskopiyi Vin vinikaye v zelenih sirchanih bakteriyah i ye mediatorom pri peredachi energiyi zbudzhennya vid hlorosomi do bakterialnih reakcijnih centriv RC vbudovanih v membranu klitini Jogo struktura trimer Kozhen z troh monomeriv mistit visim molekul bakteriohlorofilu a Voni zv yazuyutsya z bilkovim karkasom shlyahom liguvannya yih centralnogo atoma magniyu abo do aminokislot bilka perevazhno gistidinu abo do atomiv kisnyu pov yazanih z vodoyu lishe odin bakteriohlorofil a z kozhnogo monomeru Figura 1 Trimer bilka FMO BChl a molekuli zobrazheni zelenim kolorom centralnij atom magniyu chervonim kolori a bilok sirim Oskilki struktura kompleksu ye vidomoyu stalo modlivim virahauvati optichnij spektr ta porivnyati jogo z eksperimentalnimi danimi U najprostishomu vipadku vrahovuyetsya lishe eksitonichne zcheplennya bakteriohlorofili Bilsh realistichni teoriyi rozglyadayut zv yazuvannya pigmentu ta bilka Vazhlivoyu vlastivistyu ye lokalna energiya perehodu pozicijna energiya BChls individualna dlya kozhnogo kompleksu Same pozicijna energiya viznachaye napryamok potoku energiyi v bakteriohlorofili Deyaku informaciyu pro superkompleks FMO RC vdalos otrimati za dopomogoyu elektronnoyi mikroskopiyi ta spektriv linijnogo dihroyizmu vimiryanih na trimerah FMO ta kompleksah FMO RC Z cih vimiryuvan stalo zrozumilim sho mozhlivi dvi oriyentaciyi kompleksu FMO vidnosno RC Oriyentaciya v yakij bakteriohlorofili 3 i 4 roztashovani blizko do RC a bakteriohlorofili 1 i 6 za originalnoyu numeraciyeyu Fenna ta Metyusya oriyentovani v storonu hlorosom sho dopomagaye efektivno peredavavti energiyu Ob yekt testuvannyaCej kompleks ye najprostishim PBK sho isnuye v prirodi i tomu ye zruchnim testovim ob yektom dlya rozrobki metodiv yaki mozhna perenesti na skladnishi sistemi taki yak fotosistema I Engel ta jogo spivrobitniki zauvazhili sho kompleks FMO proyavlyaye na dvio dovgotrivalu kvantovu kogerentnist prote priblizno cherez desyatilittya debativ Vilkins i Dattani pokazali sho ce ne maye znachennya dlya funkcionuvannya kompleksu Kvantove zbirannya svitlaZbir svitla pri fotosintezi vikoristovuye yak klasichni tak i kvantovo mehanichni procesi z KKD majzhe 100 V klasichnih sistemah fotoni povinni dosyagati reakcijnih centriv persh nizh yih energiya rozsiyetsya tobto menshe nizh za odnu nanosekundu Prote pri fotosintezi ce nemozhlivo Oskilki energiya mozhe isnuvati v superpoziciyi vona mozhe podorozhuvati vsima marshrutami vseredini materialu odnochasno Koli foton znahodit pravilnij punkt priznachennya superpoziciya kolapsuye roblyachi energiyu dostupnoyu Odnak nemaye povnistyu kvantovih procesiv yaki tak povodyatsya oskilki deyaki kvantovi procesi spovilnyuyut ruh kvantovanih ob yektiv cherez merezhi lokalizaciya Andersona pereshkodzhaye poshirennyu kvantovih staniv u vipadkovih seredovishah Oskilki stan povoditsya yak hvilya vin vrazlivij do pereshkod yaki jogo rujnuyut Insha problema kvantovij efekt Zenona sut yakogo v tomu sho nestabilnij kvantovij stan nikoli ne minyayetsya yaksho jogo postijno vimiryuvati sposterigati tomu sho sposterezhennya postijno jogo zminyuye ne dayuchi tomu kolapsuvati Vzayemodiya mizh kvantovimi stanami ta navkolishnim seredovishem diyut yak vimiryuvannya Klasichna vzayemodiya z navkolishnim seredovishem zminyuye hvilepodibnu prirodu kvantovogo stanu nastilki shob zapobigti lokalizaciyi Andersona todi yak kvantovij efekt Zenona prodovzhuye chas zhittya kvantovogo stanu dozvolyayuchi jomu distatisya do centru reakciyi Obchislennya Problema poshuku centru reakciyi v bilkovij matrici formalno ekvivalentna bagatom problemam v obchislyuvalnij tehnici Vidobrazhennya obchislyuvalnih problem na poshuk energiyeyu zbudzhennya centriv reakcij mozhe zrobiti zbir svitla novim tipom obchislyuvalnogo pristroyu pidvishuyuchi obchislyuvalni shvidkosti pri kimnatnij temperaturi zbilshuyuchi efektivnist u 100 1000 raziv Spisok literaturiTronrud D E Schmid M F Matthews B W April 1986 Structure and X ray amino acid sequence of a bacteriochlorophyll a protein from Prosthecochloris aestuarii refined at 1 9 A resolution Journal of Molecular Biology 188 3 443 54 doi 10 1016 0022 2836 86 90167 1 PMID 3735428 Fenna R E Matthews B W 1975 Chlorophyll arrangement in a bacteriochlorophyll protein from Chlorobium limicola Nature 258 5536 573 7 Bibcode 1975Natur 258 573F doi 10 1038 258573a0 Vulto Simone I E Neerken Sieglinde Louwe Robert J W De Baat Michiel A Amesz Jan Aartsma Thijs J 1998 Excited State Structure and Dynamics in FMO Antenna Complexes from Photosynthetic Green Sulfur Bacteria The Journal of Physical Chemistry B 102 51 10630 5 doi 10 1021 jp983003v Wendling Markus Przyjalgowski Milosz A Gulen Demet Vulto Simone I E Aartsma Thijs J Van Grondelle Rienk van Van Amerongen Herbert van 2002 The quantitative relationship between structure and polarized spectroscopy in the FMO complex of Prosthecochloris aestuarii refining experiments and simulations Photosynthesis Research 71 1 2 99 123 doi 10 1023 A 1014947732165 PMID 16228505 Pearlstein Robert M 1992 Theory of the optical spectra of the bacteriochlorophyll an antenna protein trimer from Prosthecochloris aestuarii Photosynthesis Research 31 3 213 226 doi 10 1007 BF00035538 PMID 24408061 Renger Thomas 2002 On the relation of protein dynamics and exciton relaxation in pigment protein complexes An estimation of the spectral density and a theory for the calculation of optical spectra PDF The Journal of Chemical Physics 116 22 9997 10019 Bibcode 2002JChPh 116 9997R doi 10 1063 1 1470200 Remigy Herve W Stahlberg Henning Fotiadis Dimitrios Muller Shirley A Wolpensinger Bettina Engel Andreas Hauska Gunter Tsiotis Georgios July 1999 The reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum a structural analysis by scanning transmission electron microscopy Journal of Molecular Biology 290 4 851 8 doi 10 1006 jmbi 1999 2925 PMID 10398586 Remigy Herve W Hauska Gunter Muller Shirley A Tsiotis Georgios 2002 The reaction centre from green sulphur bacteria progress towards structural elucidation Photosynthesis Research 71 1 2 91 8 doi 10 1023 A 1014963816574 PMID 16228504 Adolphs Julian Renger Thomas October 2006 How proteins trigger excitation energy transfer in the FMO complex of green sulfur bacteria Biophysical Journal 91 8 2778 97 Bibcode 2006BpJ 91 2778A doi 10 1529 biophysj 105 079483 PMC 1578489 PMID 16861264 Engel Gregory S Calhoun Tessa R Read Elizabeth L Ahn Tae Kyu Mancal Tomas Cheng Yuan Chung Blankenship Robert E Fleming Graham R 2007 Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems Nature 446 7137 782 786 Bibcode 2007Natur 446 782E doi 10 1038 nature05678 PMID 17429397 Wilkins David M Dattani Nikesh S 2015 Why Quantum Coherence Is Not Important in the Fenna Matthews Olsen Complex Journal of Chemical Theory and Computation 11 7 3411 3419 arXiv 1411 3654 doi 10 1021 ct501066k PMID 26575775 MIT 25 listopada 2013 Technologyreview com Arhiv originalu za 24 veresnya 2015 Procitovano 6 grudnya 2013 Vattay Gabor Kauffman Stuart A 2013 Evolutionary Design in Biological Quantum Computing arXiv 1311 4688 cond mat dis nn

Дата публікації:
Топ