Teoretický popis fotosyntetického reakčního centra

Abstract

Spectral properties of reaction center of photosystem II (RC PS II) and some chosen pigment molecules were studied by methods of quantum chemistry. Absorption spectra of six monomer unit of RC PS II were computed with semiempirical method and on the DFT level. Spectra of monomers obtained by the semiepirical ZINDO method are red shifted and spectra obtained by TDDFT are blue shifted from measured spectrum of chlorophyll a. The shift is a result of applied method. Next, electron transitions of chosen part of chlorophyll-pheophytin complex of RC PS II were obtained by semiempirical method. A goal was to describe differences, which follows from enlarging size of the reaction complex. A difference in the spectra correlates with various groups of pigments, which belong to active and inactive branches. Red shift of spectral lines was found only for the central dimer in comparison with electron transitions of chlorophyll a. Spectra of selected pigment molecules (chlorophylls, bacteriochlorophylls, carotenoids, phycobilins) were calculated on the DFT level and a good agreement with experimental data was achieved. An expected spectral-lines dependence on molecular structures was obtained. The relationship of some substituents, the length of unsaturated chains of chromofor and some modification of structure was searched.

Pomocí metod kvantové chemie byly studovány spektrální vlastnosti reakčního centra fotosystému II (RC PS II) a vybraných fotosyntetických pigmentů. Absorpční spektra šesti monomerních jednotek RC PS II byla spočtena semiempirickými metodami a metodou DFT. Spektra monomerů dosažená semiempirickými metodami jsou posunutá do červena, naproti tomu spektra získaná pomocí metody DFT do modra od experimentálních hodnot pro chlorofyl a. Posun je způsoben použitou metodou. Dále byly semiempirickými metodami získány elektronové přechody pro vybrané části chlorofylofeofytinového komplexu RC PS II. Snahou bylo popsat změny plynoucí ze zvětšování komplexu chlorofylových molekul. Byl nalezen rozdíl spekter skupin pigmentů v aktivní a neaktivní části komplexu a červený posun spektra dimeru od spektra monomerního chlorofylu a. Spektra pigmentů (chlorofylů, bakteriochlorofylů, karotenů, fykobilínů) vypočtená na DFT úrovni jsou v kvalitativní shodě s experimentem. Byl nalezen očekávaný vliv struktury na podobu spektra. Sledovanými závislostmi byla přítomnost různých substituentů, délka chromoforu a vybrané modifikace struktury.