Теоретическое моделирование и экспериментальное исследование нелинейных динамических процессов в ансамбле фотосинтетических реакционных центров

Abstract

Результаты теоретического изучения явления динамической самоорганизации в специфических макромолекулярных структурах, фотосинтетических реакционных центрах (РЦ), представлены с учетом стохастических эффектов, возникающих в ансамбле РЦ. Модель для общего описания кинетики переходов фотомобилизованного электрона и конформационных изменений структуры базируется на решении прямых уравнений Колмогорова с использованием марковского приближения. Зависимость общей функции распределения от конформационной координаты рассматривается для случая, когда система находится в термодинамическом равновесии, и для полностью неравновесного состояния. Расчеты показывают возможность бистабильного поведения системы в некотором интервале скоростей фотомобилизованного электрона. Модель хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований коэффициента оптического поглощения РЦ пурпурных бактерий Rhodopsceudomonas sphaeroides.

Результати теоретиченого вивчення явища динамічної самоорганізації у специфічних макромолекулярних структурах, фотосинтетичних реакційних центрах (РЦ), представлені з урахуванням стохастичних ефектів, що виникають в ансамблі РЦ. Модель для спільного опису кінетики переходів фото мобілізованого електрона та конформаційних змін структури базується на вирішенні прямих рівнянь Колмогорова з використанням марковського наближення. Залежність загальної функції розподілу від конформаційної координати розглядається для випадку, коли система знаходиться у термодинамічній рівновазі, та для повністю нерівноважного стану. Розрахунки показують можливість бістабільної поведінки системи у деякому інтервалі швидкостей фотомобілізованого електрона. Модель добре узгоджується з результатами експериментальних досліджень коефіцієнта оптичного поглинання РЦ пурпурових бактерій Rhodopseudonumas sphaeroides.

The results of theoretical study of dynamic selforganization phenomenon in a specific macromolecular structure, the photosynthetic reaction center (RC), is presented with accounting of the stochastic effects in the RCs ensemble. The description both the photomobilised electron transfer kinetics and structure conformational transitions is based on the solution of the direct Kolmogorov equations using the Markov approach. Both the case of thermodynamically equilibrium system and nonequilibrium one were considered for the variables distribution function which describes the diffusion in the conformational coordinate space. The calculations revealed the bistable system behaviour in a certain interval of electron photomobilization rate. The modelling showed a good agreement with the results of experimental investigation of transient absorbance of the RCs from purple bacteria Rhodopseudomonas sphaeroides.