Полная версия

Главная arrow Экология arrow О роли когерентности в сверхслабых взаимодействиях в биосистемах и биосфере

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Механизмы и условия формирования корреляций в электронной системе хромофоров

Для ряда ультрабыстрых функциональных биопроцессов при физиологических температурах установлено наличие долгоживущих квантовых когерентностей, суперпозиций возбужденных колебательных или электронных (экситонных) состояний, сохраняющих фазовые соотношения в течение времени, достаточного для того, чтобы повлиять на перенос населенностей (и энергии) [Ishizaki and Fleming, 2012; Fassiolli et al., 2012; Vos and Martin, 1999; Panitchayangkoon et al., 2011]. Экситонные когерентности, как правило, сопровождаются когерентностями колебательными [Turner et al., 2012]. Полагают, что долгоживущая экситонная когерентность обусловливается корреляциями между флуктуациями энергий перехода соседних хромофоров, которые индуцируются флуктуациями окружения [Ishizaki and Fleming, 2012]. Анализ экспериментальных данных и моделирование показывают, что достаточно сильное взаимодействие электронной системы с тепловым низкоэнергетическим неравновесным протеиновым и водным окружением на соизмеримых временных масштабах может обеспечивать генерацию и последующую эволюцию экситонных когерентно

ностей [Fassiolli et al., 2012]. Если связь между системой и окружением достаточно велика и время релаксации неравновесного окружения сравнимо со временем эволюции экситонов, то на этом временном масштабе в течение времени корреляций окружения возникают корреляции между системой и окружением [Там же]. Движения хромофоров, протеинового и водного окружения становятся коррелированными. Коррелированные флуктуации окружения модулируют энергию и связи электронной системы. Коррели- рованность системы и окружения порождает квантовые суперпозиции экситонных состояний, которые затем эволюционируют квантово-когерентно [Там же].

Пространственные корреляции между хромофорами (среднее расстояние между хромофорами в большинстве фотосинтетиче- ских комплексов 9-12 A [Renger et al., 2001]) являются одним из условий поддержки и увеличения времени когерентности [Nalbach et al., 2010; Ishizaki and Fleming, 2012]. Пространственные корреляции хромофоров могут обеспечиваться сильными химическими связями или общими флуктуирующими модами окружения, с которыми связаны хромофоры. Флуктуации окружения могут соответствовать распространяющимся модам определенной длины волны и локальным флуктуациям с конечным пространственным масштабом [Nalbach et al., 2010]. Пространственные корреляции флуктуаций окружения могут оказывать сильное влияние на квантовокогерентный перенос возбуждений между хромофорами [Там же]. Как показывает моделирование, когда пространственный масштаб корреляций тепловых флуктуаций (ТФ) окружения одного порядка с межхромофорными расстояниями, энергии хромофоров модулируются сходным образом и дефазировка, декогерентность резко ослабляется, при этом повышается эффективность переноса энергии возбуждения [Там же]. Кроме того, согласно результатам моделирования пространственные корреляции ТФ окружения могут значительно модулировать процессы переноса возбуждения в светособирающем комплексе пурпурных бактерий LH2 [Strmpfer and Schulten, 2011], могут сильно воздействовать на экситонную динамику в ДНК [Dijkstra and Tanimura, 2010]; ТФ ВС водного окружения вызывают большие флуктуации энергий сайтов ДНК с периодом колебаний 40 фс, причем флуктуации соседних сайтов высоко коррелированы, и именно это является движущей силой переноса заряда [Kubar et al., 2009]. Могут ли возможные СФ в сетке ВС обеспечивать пространственные корреляции между хромофорами?

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>