ИСТИНА

В первый год выполнения данного проекта нами были произведены подготовительные расчеты для последующего моделирования динамики переноса электрона в фотосинтетическом реакционном центре пурпурной бактерии Rh. Sphaeroides. Основными задачами этого этапа были оптимизация геометрии реакционного центра и расчет электронной структуры объединенной системы бактериохлорофиллов методами квантовой химии. Для этого нами были рассчитаны матрицы гессианов и ESP заряды молекул хромофоров, входящих в реакционный центр: бактериохлорофиллов (в основном, возбужденном, анионном и катионном состояниях), бактериофеофетина и убихинона (оба в основном и анионном состояниях). На основании полученных данных были параметризованы силовые поля этих молекул во всех перечисленных состояниях. С помощью полученных силовых полей была оптимизирована структура реакционного центра методом молекулярной механики. Адекватность такого подхода была проверена путем сравнения полученной структуры со структурой, полученной далее с помощью QM/MM оптимизации. Далее полученная структура была дооптимизирована квантовохимическими методами с учетом влияния белкового окружения. Основной трудностью данного этапа является его ресурсоемкость, т.к. квантовохимический метод, выбранный для оптимизации должен полностью соответствовать методу, который в последствии применялся для расчета уровней энергии. В данной работе для оптимизации использовался многоконфигурационный метод самосогласованного поля в полном активном пространстве (CASSCF), а для расчета энергий возбужденных состояний дополнительно была проведена корректировка по теории возмущений методом XMCQDPT2. По результатам расчета электронной структуры системы из 4 бактериохлорофиллов реакционного центра было получено, что 4 низших возбужденных состояния представляют собой два возбужденных состояния специальной пары и два состояния с переносом заряда: по ветви А и по ветви В. Полученные нами энергии показывают, что в ходе переноса электрона принимают участие только два электронных уровня РЦ: низшее возбужденное состояния специальной пары и состояние с перенесенным по ветви A электроном. Также можно убедиться, что перенос по неактивной ветви В является затрудненным по энегретическим соображением (энергия состояния с переносом электрона по ветви В выше, чем по ветви А). Это вызвано в том числе асимметрией специальной пары. Кроме того, асимметрия специальной пары приводит к тому, что даже в возбужденных состояниях специальной пары электронная плотность распределена неравномерно между молекулами бактериохлорофиллов, а в состояниях с перенесенным электроном положительный заряд локализован на молекуле бактериохлорофилла пары PB. Таким образом, все задачи, запланированные на 2015 год, были успешно решены.