Синтез и изучение физико-химических свойств молекулярных структур на основе порфиринов, аминокислот и хинонов

• Автор: Ларкина, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 02.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Работа была выполнена в рамках программ научных исследований Министерства образования РФ, проводимых в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова на кафедре Химии и технологии тонких органических соединений по теме 1Б Химический и микробиологический синтез биологически активных соединений, моделирующих процессы энергопереноса и биорегуляции, а также при поддержке грантов РФФИ руководитель чл. РАН Евстигнеева Р. НШ . Фотосинтез основной процесс трансформации солнечной энергии и образования органических веществ на Земле, определяющий круговорот углерода, кислорода и других элементов. Центральное место в системе фотосинтеза занимают первичные фотопроцессы. Это реакции, в которых энергия света, поглощенная пигментами фотосинтезирующего организма, преобразуется непосредственно в энергию химических связей продуктов фотосинтеза НАДФ и АТФ. Главная особенность первичных процессов состоит прежде всего, в том, что начальные этапы переноса электрона отрыв электрона от хлорофилла, восстановление первичного акцептора происходят в реакционных центрах РЦ природных фотосистем очень быстро, за несколько пикосекунд 3x с, с эффективностью равной почти 0. Поэтому знание структурных и спектроскопических свойств природных фотосистем ФС и механизмов протекания процессов переноса энергии ПЭ и фотоиндуцируемого переноса электрона ФПЭ в них поможет при разработке и создании эффективных искусственных фотосистем, способных генерировать электрическую энергию под действием света. В дальнейшем такие модельные системы могут успешно быть применены в молекулярной электронике, а также в современных нанотехнологиях. Эти устройства могут работать как фотоуправляемые молекулярные переключатели, фотонные проводники, оптоэлектронные селекторы и мультимолекулярные системы для хранения данных 5. Фотосинтетические системы как растительного, так и бактериального происхождения включают в себя светособирающую антенну, фотохимический реакционный центр и связанные с ним молекулы переносчики электрона . Сравнение кристаллической структуры бактериальных реакционных центров, установленной с помощью рентгеноструктурного анализа , с данными о структуре реакционного центра фотосистемы II ФС II растений, полученными с помощью дифракции электронов с разрешением 8 А, выявляет их структурное и функциональное подобие , , . Р0 и бактериохлорофиллы Р5, гомологию в аминокислотной последовательности хинонсвязывающей области и присутствие бактериофеофитина, исполняющего роль промежуточного акцептора электронов. Такая картина предполагает аналогичное протекание первичных фотохимических процессов в фотосистеме II растений и бактериальных реакционных центрах в обоих случаях поглощение фотона пигментом приводит к энергетическому переносу, кульминацией которого является разделение зарядов , . За последние тридцать лет достигнут очевидный прогресс в исследовании бактериального фотосинтеза, касающийся как спектроскопических данных, так и сведений о составе реакционных центров и компоновки в них пигментов и полипептидов. Это позволяет использовать бактериальные РЦ в качестве моделей для исследования первичных фотохимических процессов, происходящих после поглощения солнечной энергии. Фотосинтетические бактерии уникальны среди еиЬаМепа по своей способности использовать свет как единственный энергетический источник и, в отличие от других фотосинтетических организмов, не могут использовать воду как основной восстановитель. Следовательно, они не выделяют кислород и требуют присутствия других восстановителей. На основании пигментации фотосинтетические бактерии делят на две группы зеленые и пурпурные бактерии. Пурпурные бактерии подразделяют на серные и несерные в соответствии с используемым ими источником восстановления ,. Реакционные центры пурпурных фотосинтетических бактерий это мембраносвязанные пигментбелковые комплексы, содержащие три белковые единицы М и Н и следующие кофакторы четыре бактериохлорофилла Бхлф, два бактериофеофитина Бфео, два хинона Од и 2в, одно негемное железо и один каротиноид, ассоциированные с субъединицами Ь и М , . На рисунке 1 представлено расположение кофакторов в реакционном центре.