Фемтосекундные процессы разделения зарядов в реакционных центрах бактериального фотосинтеза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, доктор физико-математических наук Яковлев, Андрей Георгиевич

• Яковлев, Андрей Георгиевич
• доктор физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Яковлев, Андрей Георгиевич

Принятые сокращения ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Структура реакционных центров фотосинтезирующих бактерий

1.2. Разделение зарядов в реакционных центрах фотосинтезирующих бактерий

Глава 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Приготовление образцов реакционных центров

2.2. Спектроскопические измерения

Глава 3. УЧАСТИЕ МОНОМЕРА БАКТЕРИОХЛОРОФИЛЛА ВА В ПЕРВИЧНОМ РАЗДЕЛЕНИИ ЗАРЯДОВ В РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ Rhodobacter sphaeroides R-26 И ЗЕЛЕНЫХ БАКТЕРИЙ Chloroflexus aurantiacus

3.1. Определение положения уровня энергии Р+Ва~ относительно Р* методом замедленной флуоресценции в феофитин-модифицированных реакционных центрах Rhodobacter sphaeroides R

3.2. Фемтосекундная спектроскопия первичных процессов разделения зарядов в реакционных центрах феофитин-модифицированных Rhodobacter sphaeroides R

3.3. Фемтосекундная спектроскопия первичных процессов разделения зарядов в реакционных центрах нативных (немодифицированных) Rhodobacter sphaeroides R

3. 4. Фемтосекундная спектроскопия первичных процессов разделения зарядов в реакционных центрах Chloroflexus aurantiacus 3.5. Когерентный и некогерентный перенос электрона при первичном разделении зарядов в реакционных центрах Rhodobacter sphaeroides R-26 и Chloroflexus aurantiacus

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДОВ В ПЕРВИЧНОМ АКТЕ БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА

4.1. Теоретическая модель

4.2. Результаты теоретического моделирования

Глава 5. РОЛЬ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ВОДЫ НОН55 В ПЕРВИЧНОМ РАЗДЕЛЕНИИ ЗАРЯДОВ В РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ Rhodobacter sphaeroides

5.1. Первичная фаза разделения зарядов в реакционных центрах мутанта GM203L Rhodobacter sphaeroides

5.2. Первичная фаза разделения зарядов в дейтерированных реакционных центрах Rhodobacter sphaeroides R

5.3. Первичная фаза разделения зарядов в сухих пленках реакционных центров Rhodobacter sphaeroides R

5. 4. Влияние воды НОН55 на первичные процессы разделения зарядов в реакционных центрах Rba. sphaeroides R

Глава 6. РОЛЬ ТИРОЗИНА М210 В СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРВИЧНО РАЗДЕЛЕННЫХ ЗАРЯДОВ В РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ

БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА

6. 1. Первичный этап разделения зарядов в реакционных центрах мутанта

YM21OW Rhodobacter sphaeroides

6. 2. Первичный этап разделения зарядов в реакционных центрах мутантов YM210L/FM197Y и YM210L/IiL16SL Rhodobacter sphaeroides 162 6.3. Стабилизация состояния Р+ВА~ с участием тирозина М

Глава 7. КОГЕРЕНТНЫЙ ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНА В В-ЦЕПИ

РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ БАКТЕРИАЛЬНОГО ФОТОСИНТЕЗА

7. 1. Когерентный перенос электрона в В-цепи реакционных центров мутанта

НМ182L Rba. sphaeroides

7.2. Когерентный перенос электрона в В-цепи реакционных центров Cfic. aurantiacus

7. 3. Схема движения волнового пакета при когерентном разделении зарядов в А- и В-цепи реакционных центров Cfic. aurantiacus и мутанта HM182L Rba. sphaeroides

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фемтосекундные процессы разделения зарядов в реакционных центрах бактериального фотосинтеза»

Актуальность темы.

Фотосинтез - это глобальный биологический процесс преобразования солнечной энергии в энергию химически устойчивых соединений. Фотосинтез растений и водорослей является основным источником кислорода и органических соединений на Земле, которые служат для питания человека и животных в настоящее время, а также запасены в виде ископаемых углеводородов. Солнечная энергия - это практически неисчерпаемый и экологически чистый вид энергии. Важность исследований процессов фотосинтеза является очевидной как с научной стороны, так и с прикладной.

Фотосинтез представляет собой совокупность сложнейших физических и химических превращений, которые начинаются с поглощения квантов света в светособирающих комплексах хлорофилла. Затем энергия возбуждения передается на реакционные центры (РЦ) фотосинтеза, представляющие собой особые пигмент-белковые комплексы в составе клеточной мембраны. Создание лазерных спектрометров сверхвысокого временного разрешения в сочетании с методами направленного мутагенеза и получением рентгеноструктурных данных о трехмерном строении ряда РЦ обусловило быстрый рост объема данных о первичных этапах фотосинтеза. Эти данные имеют фундаментальный характер и формируют современные представления о мире. В результате серии быстрых реакций переноса электрона в РЦ происходит первичное преобразование световой энергии в энергию разделенных зарядов с феноменальной квантовой (~100%) и высокой энергетической эффективностью. Универсальность структуры и функции РЦ всех известных фотосинтезирующих организмов заключается в том, что первичное разделение зарядов в этих РЦ происходит между синглетно-возбужденным первичным донором электрона Р и производными хлорофилла. В РЦ пурпурной бактерии ЮгойоЪаМег (ЯЬа.) sphaeroid.es, которая является классическим объектом изучения, разделение зарядов происходит вдоль фотоактивной А-цепи пигментов и заключается в переносе электрона от возбужденного димера бактериохлорофилла Р* на бактериофеофитин На за ~3 пс и далее с Нд~ на хинон СЫ за -200 пс [Нокеп еі аі., 1980; РаБсЬепко еі аі., 1985; Каийпапп й аі., 1975; Яоскеу й а1., 1975].

Проблема участия молекулы мономерного бактериохлорофилла ВА в качестве промежуточного акцептора в первичном разделении зарядов имеет многолетнюю историю и логично следует из положения Вд между Р и На согласно рентгеноструктурным данным ІРеізепІюґег сі аі., 1984; Егтіег еі аі., 1994]. Первые указания на возможность переноса электрона на Вд были получены в [Бішуаіоу еі аі., 1978; Сііекаїіп еі аі., 1987], однако затем в течение долгого времени в ряде лабораторий не удавалось получить убедительные доказательства прямого участия ВА в разделении зарядов. Результаты пико- и фемтосекундной спектроскопии постепенно привели к пониманию основной сложности обнаружения состояния Р+Вд~, которая связана с его малой заселенностью [Holzapfel et al., 1989, Arlt et al., 1993]. Другая сложность связана с тем, что в видимом диапазоне, где проводилось подавляющее большинство измерений, спектр состояния Р+ВА~ сильно замаскирован спектрами других состояний. Получить убедительное доказательство существования состояния Р+Вд~ удавалось только в химически модифицированных РЦ, в которых блокирование переноса электрона на Нд приводило к накоплению состояния Р+Вд в пикосекундном диапазоне [Kennis et al., 1997]. Таким образом, вопрос об участии молекулы Вд в переносе электрона в нативных РЦ оставался во многом открытым. Анализ большого количества данных, полученных по данной проблеме, указывает на их противоречивость и неоднозначность интерпретации, что связано как с техническими сложностями, так и с недостатком знаний (обзоры в [Шувалов, 1990, 2000]). Для окончательного решения вопроса о роли Вд в разделении зарядов перспективно изучение полосы поглощения аниона ВА~ в области 1 мкм, которая впервые обнаружена в растворе BChl- в [Fajer et al., 1975].

Ближайшее окружение молекулы Вд может влиять на первичное разделение зарядов, динамически воздействуя на уровень свободной энергии состояния Р+Вд~ или являясь составной частью пути переноса электрона. Интересной и практически неизученной стороной этой проблемы является влияние молекулы воды, обнаруженной недавно в непосредственной близости от ВА [Ermler et al., 1994]. Другим важным аспектом является выявление механизма существенного влияния молекулы тирозина М210, расположенной вблизи Вд, на первичное разделение зарядов [Hamm et al, 1993]. Кроме того, движение ядерной подсистемы, на фоне которого происходит перенос электрона, также влияет на параметры первичной реакции разделения зарядов [Vos et al., 1991, 1993]. Для решения вопроса об участии определенных мод этого движения в разделении зарядов в РЦ необходима прямая регистрация первичного состояния фотопродукта методами фемтосекундной спектроскопии. Цели и задачи исследования.

Целью данной работы было исследование вовлеченности молекулы бактериохлорофилла ВА и ее ближайшего окружения в первичную (физическую) фазу разделения зарядов в РЦ бактериального фотосинтеза. В работе были поставлены следующие задачи: 1. Исследовать участие молекулы бактериохлорофилла в А-цепи ВА в первичном разделении зарядов в РЦ пурпурной бактерии Rhodobacter (Rba.) sphaeroides R-26 и зеленой бактерии Chloroßexus (CJx). aurantiacus, для чего: а) Определить взаимное расположение уровней свободной энергии первичного состояния с разделенными зарядами Р+ВЛ~ и возбужденного состояния димера бактериохлорофилла Р* в РЦ ЯЬа. зрЬаегоЫся К-26; б) Исследовать динамику формирования и распада ИК полосы поглощения аниона бактериохлорофилла Вд~ в процессе первичного разделения зпрядов в РЦ.

2. Исследовать влияние молекулы кристаллографической воды НОН55, входящей в состав РЦ ЯЬа. .чрИаего1с1е^- К-26, на процессы первичного разделения и переноса зарядов.

3. Исследовать роль тирозина М210 в процессе первичного разделения зарядов и стабилизации разделенных зарядов в РЦ ЯЬа. sphaeroid.es Я-26 и в РЦ мутантов по этому сайту.

4. Экспериментально и теоретически исследовать влияние коллективных движений ядерной подсистемы на процессы первичного разделения зарядов в РЦ фотосинтезирующих бактерий, для чего: а) Исследовать влияние коллективных движений ядер на населенности состояний с первично разделенными зарядами при фемтосекундном световом возбуждении; б) Провести теоретическое моделирование первичного разделения зарядов с учетом движений ядерного волнового пакета, который формируется при фемтосекундном возбуждении РЦ; в) Исследовать возможность когерентного переноса электрона в малоактивную В-цепь пигментов РЦ.

Научная новизна работы.

1. В результате исследования фемтосекундной динамики ИК полосы поглощения аниона мономерного бактериохлорофилла в А-цепи Вл~ впервые получено прямое доказательство реального участия Вд в первичном разделении зарядов в нативных РЦ ЯЬа. sphaeroid.es П-26 и С/х. аигапИаст. Аналогичный вывод сделан и в отношении ряда мутантных РЦ ЯЬа. sphaeroides. Таким образом, Вд является первичным акцептором электрона, а состояние Р+ВА~ - первичным состоянием с разделенными зарядами в этих РЦ.

2. По результатам исследования температурной зависимости замедленной флуоресценции феофитин-модифицированных РЦ ЯЬа. 8рЬаего'1йе8 К-26 найдено, что уровень свободной энергии первичного состояния с разделенными зарядами Р+Вд~ находится ниже уровня свободной энергии возбужденного состояния димера Р* на -550 см-1. Положение уровня свободной энергии Р+Вд ниже аналогичного уровня Р* создает условия для реального участия молекулы Вд в переносе электрона от Р*.

3. Впервые получены прямые экспериментальные доказательства влияния коллективных движений ядер (в форме волнового пакета) в возбужденном состоянии димера Р* на первичное разделение зарядов в нативных и мутантных РЦ Rba. sphaeroides и в нативных РЦ Cfx. aurantiacus. Показано, что обнаруженные осцилляции населенностей первичных состояний с разделенными зарядами отражают обратимые переходы волнового пакета ядер с поверхности потенциальной энергии Р* на аналогичные поверхности фотопродуктов. Выявлены характерные моды ядерных движений, сопряженные с переносом электрона.

4. Впервые показано, что молекула кристаллографически определенной воды НОН55, расположенная вблизи бактериохлорофилла Вд в РЦ Rba. sphaeroides, оказывает сильное влияние на перенос электрона от димера бактериохлорофилла Р к Вд. Присутствие воды НОН55 ускоряет первичное разделение зарядов в ~4 раза, а ее вращение, регистрируемое при фемтосекундном возбуждении Р, модулирует населенность состояния Р+Вд~ с частотой 32 см-1 и кратными частотами. Анализ влияния воды НОН55 на перенос электрона с помощью мутантов по сайту М203 выявил один из возможных наиболее эффективных путей переноса электрона от Р к Вд с участием НОН55 по цепочке полярных групп атомов N-Mg(PB) -N-C-N(HisM202)-HOH55-O=(BA).

5. Выявлена ключевая роль тирозина М210, находящегося вблизи димера Р и мономерного бактериохлорофилла Вд в РЦ Rba. sphaeroides, в процессе первичного разделения зарядов и стабилизации разделенных зарядов. Впервые показано, что замедление первичной реакции переноса электрона в десятки раз в мутантных РЦ, не содержащих тирозин М210, сопровождается отсутствием стабилизации разделенных зарядов в состоянии Р+Вд~". Показано, что отсутствие тирозина М210 в мутантных РЦ не компенсируегся его введением в положение Ml 97 или значительным увеличением разницы свободной энергии состояний Р* и Р+Вд~. Выявлено стабилизирующее влияние полярной ОН-группы тирозина М210 на состояние Р+Вд~ в процессе разделения зарядов в тирозин-содержащих РЦ.

6. Впервые в мутантных РЦ ЯЬа. spiiaeroid.es и в РЦ С/х. аигапИаст обнаружен обратимый перенос электрона в малоактивную В-цепь, вызванный когерентным движением ядерного волнового пакета. Этот перенос возникает раньше на 60-80 фс, чем аналогичный когерентный перенос электрона в фотоактивной А-цепи. Возникновение когерентного переноса электрона в В-цепи не зависит от наличия или отсутствия условий для обычного, некогерентного переноса, а определяется в основном динамикой волнового пакета.

Научная и практическая значимость.

Работа имеет выраженную фундаментальную направленность. Получена новая информация о самых ранних стадиях процессов преобразования световой энергии в энергию состояний с разделенными зарядами в реакционных центрах бактериального фотосинтеза. Полученные результаты имеют приоритетный характер и во многом задают направление исследований в данной области. Работы по выявлению участников первичного разделения зарядов в РЦ, исследования по когерентному переносу электрона в обеих цепях РЦ, изучение роли ближайшего окружения первичного донора Р и акцептора Вд в разделении зарядов между ними - все эти направления находятся в русле мировых исследований. Данные по участию мономера бактериохлорофилла Вд в первичном разделении зарядов, по когерентным осцилляциям в первичных состояниях с разделенными зарядами, по влиянию кристаллографической воды НОН55 в переносе электрона, по ключевой роли тирозина М210 в стабилизации первично разделенных зарядов, по обратимому переносу электрона в неактивную В-цепь получены впервые. Полученные результаты могут найти применение при моделировании живых систем и создании преобразователей солнечной энергии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Мономер бактериохлорофилла Вд является первичным акцептором электрона в РЦ ЛЬа. $р}гаего1с1е$ и С/х. аигапйасия, участвуя в двухступенчатой схеме переноса электрона от возбужденного димера бактериохлорофилла Р* к Вд и далее от Вд к бактериофеофитину Нд. Этому способствует положение уровня свободной энергии состояния Р+ВА" ниже аналогичного уровня Р* на ~550 см-1.

2. Коллективные движения ядер влияют на первичное разделение зарядов в РЦ Ш>а. яркаего^Лея и С/х. сшгапйаст и визуализируются в виде осцилляций, возникающих в результате фемтосекундного возбуждения РЦ в населенностях первичных состояний с

разделенными зарядами и в населенности возбужденного состояния димера Р*. Временные и спектральные особенности данных осцилляций отражают движение ядерного волнового пакета по поверхностям потенциальной энергии указанных состояний. Теоретическое моделирование коллективных ядерных движений с помощью теории Редфилда в приближении двух независимых координат объясняет осциллирующий характер процессов первичного разделения зарядов и формирования соответствующих состояний с разделенными зарядами в РЦ.

3. Молекула воды НОН55, расположенная в РЦ КЬа. зркаегогйез между димером бактериохлорофилла Р и мономером бактериохлорофилла Вд, ускоряет перенос электрона от Р* к Вд, который может происходить по цепи полярных групп атомов 1чГ-1^(Рв) -N-0-К(ШзМ202) -Н0Н55-0=(Вд). Вращение этой молекулы, выявляемое при фемтосекундном световом возбуждении димера Р, происходит с фундаментальной частотой 32 см-1 и приводит к появлению моды 32 см-1 и ее обертонов в осцилляциях кинетики полосы поглощения аниона бактериохлорофилла Вд" при 1020 нм.

4. Тирозин М210, находящийся вблизи димера бактериохлорофилла Р и мономера бактериохлорофилла Вд в РЦ КЬа. sphaeroid.es, играет ключевую роль в процессе первичного разделения зарядов и стабилизации разделенных зарядов в этих РЦ. Отсутствие тирозина М210 в мутантных РЦ приводит к значительному замедлению первичного разделения зарядов и отсутствию стабилизации разделенных зарядов. Взаимодействие полярной ОН-группы ТугМ210 с заряженными молекулами Р+ и Вд~ ускоряет разделение зарядов между ними и стабилизирует состояние Р+Вд" в нативных РЦ ЯЬа. $рЬаего1с1ез.

Апробация результатов.

Основные результаты диссертации отражены в 37 публикациях и доложены на рабочем совещании « Реакционные центры фотосинтетических бактерий: структура и динамика» (Фелдафинг, Германия, 1995); XI международном конгрессе по фотосинтезу (Будапешт, Венгрия, 1998); на XI международном симпозиуме «Сверхбыстрые явления в спектроскопии» (Тайпей, Тайвань, 1999); на 60-ом ежегодном Тимирязевском чтении (Москва, 1999); на XII международной конференции «Сверхбыстрые процессы в спектроскопии» (Флоренция, Италия, 2001); на III съезде Российского биохимического общества (Санкт-Петербург, 2002); на III съезде биофизиков России (Воронеж, 2004); на 13-ом международном конгрессе по фотосинтезу (Монреаль, Канада, 2004); на 14-ой европейской конференции по биоэнергетике (Москва, 2006); на 3-ей Московской международной конференции по компьютерной молекулярной биологии (Москва, 2007); на международной конференции «Преобразование световой энергии при фотосинтезе (Пущино, 2008); на 4-ой Московской международной конференции по компьютерной молекулярной биологии (Москва, 2009); на XIX Пущинских чтениях по фотосинтезу и Всероссийской конференции "Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах" (Пущино, 2009); на 15-ом международном конгрессе по фотосинтезу (Пекин, Китай, 2010); на семинарах НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова и кафедры биофизики Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 37 работ (25 - в журналах и сборниках, 12 - в трудах конференций и конгрессов), список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Материалы работы изложены на 263 страницах машинописного текста, включая 69 рисунков. Список литературы содержит 368 библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Яковлев, Андрей Георгиевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Впервые получены прямые экспериментальные доказательства того, что в реакционных центрах КЬа. sphaeroid.es 11-26, С/5;. аигапИасш и ряда мутантов ЯЬа. sphaeroides первичным акцептором электрона является молекула мономерного бактериохлорофилла в А-цепи Вд.

1) В этих реакционных центрах с помощью высокочувствительной дифференциальной спектроскопии поглощения с временным разрешением 18-25 фс проведена прямая регистрация ИК полосы поглощения аниона Вд~ (при 1020 нм в КЬа. sphaeroides и при 1028 нм в С^с. аигапНаст), появление которой однозначно указывает на разделение зарядов между возбужденным состоянием первичного донора электронов, димера бактериохлорофилла Р*, и Вд.

2) Исследование температурной зависимости замедленной флуоресценции феофитин-модифицированных реакционных центров КЬа. sphaeroides 11-26 показало, что уровень свободной энергии первичного состояния с разделенными зарядами Р+Вд~ находится ниже уровня свободной энергии возбужденного состояния димера Р* на 550 ± 30 см-1. Этот фундаментальный факт создает предпосылку для прямого участия Вд в первичном переносе электрона от Р*.

3) Исследование фемтосекундной динамики полосы поглощения Вд~ полностью подтверждает последовательную схему переноса электрона при первичном разделении зарядов в бактериальных реакционных центрах (Р* —» мономерный бактериохлорофилл Вд —> бактериофеофитин Нд —>.), впервые предложенную более 30 лет назад в пионерских работах В.А. Шувалова и соавт. Показано, что время жизни состояния Р+Вд~ в реакционных центрах ЯЬа. sphaeroides 11-26 и С/х. аигапНаст не превышает нескольких пс, что связано с быстрым переносом электрона на бактериофеофитин Нд.

II. Впервые экспериментально показано, что молекула кристаллографической воды НОН55, входящая в состав реакционного центра КЬа. sphaeroides, играет важную роль в переносе электрона от первичного донора электрона Р* к первичному акцептору Вд.

1) Удаление воды НОН55 из структуры РЦ в мутантах по сайту М203 замедляет первичную реакцию разделения зарядов между Р* и Вд примерно в 4 раза.

2) Вращение молекулы воды НОН55, выявляемое при фемтосекундном возбуждении реакционного центра КЬа. 5рЬаего'^ез, приводит к модуляции населенностей первичных состояний с разделенными зарядами Р+Вд~ и Р+Нд~ на частоте вращения 32 см-1 и кратных ей частотах. Принадлежность моды 32 см-1 и ее гармоник к вращению воды НОН55 доказана в экспериментах с реакционными центрами, не содержащими данную молекулу. При удалении воды НОН55 из структуры реакционного центра мода осцилляций при 32 см-1 и ее гармоники исчезают, а при замене этой воды на тяжелую воду происходит изотопическое понижение частот указанных мод с коэффициентом, характерным для вращательных спектров.

3) С учетом данных рентгеноструктурного анализа реакционных центров, вода НОН55 может быть включена в одну из пространственных троп эффективного переноса электрона по цепи полярных групп атомов, соединяющей димер Р и мономер Вд: N— Mg(PB) -N-C-N(HisM202) -Н0Н55-0=(ВЛ).

III. Впервые экспериментально раскрыто определяющее влияние тирозина М210, находящегося в реакционном центре Rba. sphaeroides вблизи димера Р и мономера бактериохлорофилла Вд, на первичное разделение зарядов и стабилизацию разделенных зарядов в реакционных центрах.

1) Показано, что отсутствие тирозина М210 в мутантных реакционных центрах препятствует стабилизации разделенных зарядов в состоянии Р+ВА~, что сопровождается сильным замедлением процесса первичного разделения зарядов.

2) Найдено, что значительное понижение уровня свободной энергии состояния Р+ВА~ относительно аналогичного уровня возбужденного состояния Р* в реакционных центрах мутантов Rba. sphaeroides не способно компенсировать отсутствие тирозина М210 и ускорить разделение зарядов.

3) Показано, что отсутствие тирозина М210 в мутантных реакционных центрах не компенсируется его введением в положение М197.

4) Выявлено стабилизирующее влияние полярной ОН-группы тирозина М210 на состояние Р+Вд" в процессе разделения зарядов в тирозин-содержащих РЦ.

IV. Впервые получены прямые экспериментальные доказательства (подтверждаемые теоретически) сопряжения ядерных движений с переносом электрона при первичном разделении зарядов в реакционных центрах пурпурных и зеленых бактерий.

1) Продемонстрирована связь коллективных ядерных движений в виде волнового пакета, созданного в состоянии Р* при фемтосекундном возбуждении реакционных центров Rba. sphaeroides R-26 и Cfx. aurantiacus, и впервые обнаруженных осцилляций населенностей состояний фотопродуктов Р+Вд~ и Р+НА~. С помощью Фурье-анализа этих осцилляций выявлены характерные моды ядерных движений, сопряженные с первичным переносом электрона.

2) Экспериментально показано, что периодическое появление волнового пакета с частотой -130 см-1 вблизи пересечения поверхностей потенциальной энергии Р* и Р+Ва~ в реакционных центрах приводит к обратимому переносу электрона на Вд, что выражается в синхронных осцилляциях поглощения ВА~ и вынужденного излучения P*. Найдено, что часть волнового пакета, проникшая на поверхность Р^ТЗд-, затем эффективно переходит на поверхность Р+НА".

3) Обнаружено, что при фемтосекундном возбуждении реакционных центров Cfx. aurantiacus и мутантных по сайту Ml 82 реакционных центров Rba. sphaeroides происходит обратимый перенос электрона от Р* в малоактивную В-цепь, который целиком определяется движениями ядерного волнового пакета и опережает начало аналогичного переноса в А-цепь на 60-80 фс. Показано, что этот процесс определяется присутствием волнового пакета на коротковолновом склоне потенциальной поверхности Р* вблизи ее пересечения с потенциальной поверхностью первичного состояния с разделенными зарядами в В-цепи.

4) Теоретическое моделирование динамики волнового пакета в рамках теории Редфилда подтвердило возможность его многократных, обратимых переходов с поверхности донора Р* на поверхность фотопродукта Р+ВА~ с сохранением когерентности. Показано, что учет как минимум двух коллективных ядерных мод, соответствующих двум координатам реакции, необходим для объяснения экспериментальных кинетик состояний Р* и Р+Вд~.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулирован общий итог работы, определяющий ее место в общемировых исследованиях по данной тематике. Первичный акт фотосинтеза заключается в преобразовании энергии света в энергию разделенных зарядов, которая используется в дальнейших реакциях фотосинтеза. Он происходит в специальных пигмент-белковых комплексах (реакционных центрах) с высокой эффективностью. Поглощение фотона в светособирающей антенне и в самих реакционных центрах приводит в конечном итоге к возбуждению спецпары (димер бактериохлорофилла в реакционных центрах бактерий), которая выполняет функцию конечного акцептора энергии возбуждения и одновременно первичного донора электронов Р. Первичный перенос электрона в реакционных центрах происходит с высокой скоростью между кофакторами хлорофилловой природы, взаимное расположение которых обеспечивается структурой белка реакционных центров. Каждый новый этап переноса электрона сопровождается потерей энергии исходно поглощенного кванта в обмен на увеличение времени диссипации запасенной энергии при постепенном его увеличении на каждом этапе разделения зарядов. Удаление электрона от его первичного донора сопровождается уменьшением энергии взаимодействия неспаренных электронов, а скорость движения электрона назад по вакантным орбиталям также уменьшается в связи с увеличением фактора Больцмана. В результате время диссипации запасенной энергии увеличивается от -300 пс в состоянии Р* до -0,1 с в состоянии Р+СЫ~ Максимально высокая скорость прямых реакций переноса электрона, намного превышающая скорость процессов рекомбинации и релаксации, является ключевым фактором, обеспечивающим высокую эффективность работы реакционных центров и фотосинтеза в целом.

В реакционных центрах бактерий молекула дополнительного бактериохлорофилла Вд является первичным акцептором электрона и обеспечивает высокую скорость приема электрона от первичного донора Р* и еще большую скорость передачи электрона на следующий акцептор, бактериофеофитин Нд. Это достигается за счет малости или отсутствия активационных барьеров реакций разделения зарядов и за счет хорошего перекрытия электронных орбиталей участников этих реакций. Без прямого участия Вд в переносе электрона достижение максимально высокой скорости этого переноса невозможно. Ближайшее окружение молекулы Вд служит достижению той же цели, ускоряя перенос электрона. Ярким примером этого ускорения является влияние на первичный перенос электрона молекулы кристаллической воды НОН55 и молекулы тирозина М210. Отсутствие данных молекул в окружении Вд приводит к сильному замедлению переноса электрона. Механизмы влияния молекул окружения Вд на перенос электрона могут включать прямое влияние на энергетику реакций разделения зарядов, участие в процессе динамической стабилизации разделенных зарядов в состоянии Р+ВА-или прямую включенность в состав пространственной тропы переноса электрона. Отличительной особенностью молекул НОН55 и тирозина М210 является их полярность, которая позволяет настраивать механизмы влияния в ответ на появление разделенных зарядов, то есть обеспечивает обратную связь между этими механизмами и процессом разделения зарядов.

В переносе электрона между реагентами активную роль играют колебания ядерной подсистемы. Возбуждение реакционных центров фемтосекундными световыми импульсами создает коллективные движения ядер в форме волнового пакета. Это состояние не имеет аналогов в природе, но служит ценным источником информации о влиянии ядерных движений на перенос электрона в эксперименте. Фемтосекундная спектроскопия демонстрирует, что само возбуждение одного из электронов Р не приводит к разделению зарядов. Только движение ядерной подсистемы вначале в самом Р*, а затем в его окружении, куда входит и молекула ВА, приводит в итоге к переносу электрона с Р* на Вд с образованием первичного продукта Р+ВА~. Это движение, вероятно, направлено на максимально возможное сближение Р* и ВА. Импульс, приобретенный в результате такого движения, может быть использован как для преодоления энергетического барьера переноса электрона с Р* на ВА, так и для дальнейшего движения, приводящего к разведению продуктов реакции Р+ и ВА~ в пространстве. Сопряжение движений ядерной и электронной подсистем, таким образом, важно для эффективного преобразования световой энергии в энергию разделенных зарядов при фотосинтезе. Это справедливо как в отношении активной А-цепи реакционных центров бактерий, так и для малоактивной В-цепи.

Автор выражает глубокую благодарность всему коллективу соавторов за неоценимую помощь в работе. Работы по теме диссертации частично финансировались грантами РФФИ, ШТАБ и МНТЦ.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Яковлев, Андрей Георгиевич, 2011 год

1. Волошин В.П., Желиговская Е.А., Маленков Г.Г., Наберухин Ю.И., Тытик Д.Л. (2001) Структуры сеток водородных связей и динамика молекул воды в конденсированных водных системах. Росс. хим. журн. (Жури. Росс хим. общ-ва) XLV, N 3, 31-37.

2. Волькенштейн М.В. (1981) Биофизика, Наука, Москва, 575 с.

3. Герцберг Г.(1949) Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. Пер. с англ. под ред. H.H. Соболева. Изд.-во иностр. лит.-ры. Москва, 858 с.

4. Горохов В.В., Нокс П.П., Корватовский Б.Н., Пащенко В.З. Захарова Н.И., Рубин А.Б. (1998) Эффекты дейтерирования и криорастворителей в первичных процессах фотосинтетического преобразования энергии. Биологические мембраны, 15, №5, 477-489.

5. Ландау Л.Д., Лившиц, Е.М. (1963) Квантовая механика. Физматгиз, Москва.

6. Матвеец Ю.А., Чекалин C.B., Шкуропатов А.Я., Шувалов В.А., Ярцев А.П. (1987) Фемтосекундная спектроскопия первичного переноса заряда в реакционных центрах Rhodopseudomonas Sphaeroides, модифицированных NaB Н4. ДЛ H СССР, 294, 1480-1484.

7. Набиев И.Р., Ефремов Р.Г., Чуманов Г.Д. (1988) Гигантское комбинационное рассеяние и его применение к изучению биологических молекул. Успехи физических наук, 154, 459-496.

8. Петров Э.Г. (1984) Физика переноса зарядов в биосистемах. Киев, Наукова Думка, 368 с.

9. Рубин А.Б., Шинкарев В.П. (1984) Транспорт электронов в биологических системах. М., Наука, 320 с.

10. Рубин А.Б. (2000) Биофизика, Москва, в 2-х т.

11. Соколов А. А., Тернов И.М. (1970) Квантовая механика и атомная физика. Просвещение, Москва, 423 с.

12. Фок М.В., Борисов А.Ю. (1981) Роль воды в стабилизации разделенных зарядов в первичном акте фотосинтеза. Молекуляр. биология, 15, №3, 575-581.

13. Шувалов В.А. (1990) Первичное преобразование световой энергии при фотосинтезе. М., Наука, 208 с.

14. Шувалов В.А. (2000) Преобразование солнечной энергии в первичном акте разделения зарядов в реакционных центрах фотосинтеза. М., Наука, 50 с.

15. Яворский Б. М., Детлаф А. А. (1990) Справочник по физике, Наука, Москва, 624 с.

16. Alden R.G., Parson W.W., Chu Z.T., and Warshel A. (1995) Calculations of electrostatic energies in photosynthetic reaction centers. J. Am. Chem. Soc., 117, 12284-12298.

17. Alden R.G., Parson W.W., Chu Z.T., and Warshel A. (1996b) Orientation of the OH dipole of tyrosine (M)210 and its effect on electrostatic energies in photosynthetic bacterial reaction centers. J. Phys. Chem., 100, 16761-16770.

18. Allen J.P., Feher J., Yeates T.O., Komiya H., and Rees D.C. (1987a) Structure of reaction center from Rhodobacter sphaeroides R-26: The cofactors. Proc. Natl. Sci. USA., 84, 5730-5734.

19. Allen J.P., Feher J., Yeates T.O., Komiya H., and Rees D.C. (1987b) Structure of reaction center from Rhodobacter sphaeroides R-26: The protein subunits. Proc. Natl. Sci. USA., 84, 6162-6166.

20. Allen J.P., and Williams J.C. (1995) Relationship between the oxidation potential of the bacteriochlorophyll dimer and electron transfer in photosynthetic reaction centers. J. Bioenerg. Biomembr., 27, 275-283.

21. Ando K., Sumi H. (1998) Nonequilibrium oscillatory electron transfer in bacterial photosynthesis. J. Phys. Chem. B., 102, 10991-11000.

22. Arlt T., Schmidt S., Kaiser W., Lauterwasser C., Meyer M., Scheer H., and Zinth W. (1993) The accessory bacteriochlorophyll: A real electron carrier in primary photosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 11757-11762.

23. Arlt T., Bibikova M., Penzkofer H., Oesterhelt D., and Zinth W. (1996a) Strong acceleration of primary photosynthetic electron transfer in a mutated reaction center of Rhodopseudomonas viridis. J. Phys. Chem., 100, 12060-12065.

24. Bixon M., Jortner J., and Michel-Beyerle M.E. (1991) On the mechanism of the primary charge separation in bacterial photosynthesis Biochim. Biophys. Acta, 1056, 301-315.

25. Bixon M., Jortner J., and Michel-Beyerle M.E. (1995) A kinetic analysis of the primary charge separation in bacterial photosynthesis. Energy gaps and static heterogeneity. Chem. Phys., 197, 389404.

26. Blankenship R.E., Schaafsma T.J., and Parson W.W. (1977) Magnetic field effects on radical-pair intermediates in bacterial photosynthesis. Biochim. Biophys. Acta, 461, 297-305.

27. Blankenship R. E., Feick R., Bruce B. D., Kirmaier C., Holten D., and Fuller R. C. (1983) Primary photochemistry in the facultative green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. J. Cell. Biochem., 22, 251-261.

28. Blomberg M.R.A., Siegbahn P.H.M., and Babcock G.T. (1998) Modeling electron transfer in biochemistry: A quantum chemical study of charge separation in Rhodobacter sphaeroides and photosystem II. J. Am. Chem. Soc., 120, 8812-8824.

29. Boxer S.G., Chidsey E.D., and Roelofs M.G. (1983) Magnetic field effects on reaction yields in the solid state: An example from photosynthetic reaction centers. Ann. Rev. Phys. Chem., 34, 389-417.

30. Boxer S.G., Goldstein R.A., Lockhart D.J., Middendorf T.R., and Takiff L. (1989) Excited states, electron-transfer reactions, and intermediates in bacterial photosynthetic reaction centers. J. Phys. Chem. 93, 8280-8294.

31. Breton J., Martin J.-L., Fleming G.R., and Lambry J.-C. (1988) Low temperature femtosecond spectroscopy of the initial step of electron transfer in reaction centers from photosynthetic purple bacteria. Biochemistry, 27, 8276-8284.

32. Bruce B. D., Fuller R. C., and Blankenship R. E. (1982) Primary photochemistry in the facultativelyaerobic green photosynthetic bacterium Chloroflexns aurantiacus. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 79, 6532-6536.

33. Bylina E.J., Kirmaier C., McDowell L., Holten D., and Youvan D.C. (1988) Influence of an amino-acid residue on the optical properties and electron transfer dynamics of a photosynthetic reaction centre complex. Nature, 336, 182-184.

34. Bylina E.J., and Youvan D.C. (1988) Directed mutations affecting spectroscopic and electron transfer properties of the primary donor in the photosynthetic reaction center. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85, 7226-7230.

35. Bylina E.J., Kolaczkowski S.V., Norris J.R., and Youvan D.C. (1990) EPR characterization of genetically modified reaction centers of Rhodobacter capsulatus. Biochemistry, 29, 6203-6210.

36. Ceccarelli M. and Marchi M. (2003) Simulation and modeling of the Rhodobacter sphaeroides bacterial reaction center II: Primary charge separation. J. Phys. Chem. B, 107, 5630-5641.

37. Chan C.K., DiMagno T.J., Chen L.X.Q., Norris J.R., and Fleming G.R. (1991a) Mechanism of the initial charge separation in bacterial photosynthetic reaction centers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 11202-11206.

38. Chan C.K., Chen L.X.Q., Dimagno T.J., Hanson D.K., Nance S.L., Schiffer M., Norris J.R., and Fleming G.R. (1991b) Mechanism of the initial charge separation in photosynthetic bacterial reaction centers. Chem. Phys. Lett., 176, 366-372.

39. Chang C.-H., Schiffer M., Tiede D., Smith U., and Norris J. (1985) Characterization of bacterial photosynthetic reaction center crystals from Rhodopseudomonas sphaeroides R-26 by X-ray diffraction. J. Mol. Biol., 186, 201-203.

40. Chang C.-H., Tiede D., Tang J., Smith U., and Norris J., and Schiffer M. (1986) Structure of Rhodopseudomonas sphaeroides R-26 reaction center. FEBS Lett., 205, 82-86.

41. Czarnecki, K., Kirmaier, C., Holten, D., and Bocian, D.F. (1999) Vibrational and photochemical consequences of an Asp residue near the photoactive accessory bacteriochorophyll in the photosynthetic reaction center. J. Phys. Chem. A 103, 2235-2246.

42. Chekalin S.V., Matveetz Yu.A., Shkuropatov A.Ya., Shuvalov V.A., and Yartsev A.P. (1987) Femtosecond spectroscopy of primary charge separation in modified reaction centers Rhodopseudomonas Sphaeroides (R26). FEBS Lett., 216, 245-248.

43. Chen L., Holten D., Bocian D.F., and Kirmaier C. (2004) Effects of hydrogen bonding and structure of the accessory bacteriochlorophylls on charge separation in Rb. capsulatus reaction centers. J. Phys. Chem. B, 108, 10457-10464.

44. Cherepanov D.A., Krishtalik L.I., Mulkidjanian A.Y. (2001) Photosynthetic electron transfer controlled by protein relaxation: analysis by Langevin stochastic approach. Biophys. J., 80, 10331049.

45. Chernyak V., Minami T., and Mukamel S. (2000) Exciton transport in molecular aggregates probed by time and frequency gated optical spectroscopy. J. Chem. Phys., 112, 7953-7963.

46. Chuang J.I., Boxer S.G., Holten D., and Kirmaier C. (2006) High yield of M-side electron transfer in mutants of Rhodobacter capsulatus reaction centers lacking the L-side bacteriopheophytin. Biochemistry, 45, 3845-3851.

47. Creighton S., Hwang J.-K., Warshel A., Parson W.W., and Norris J. (1988) Simulating the dynamics of the primary charge separation process in bacterial photosynthesis. Biochemistry, 27, 774-781.

48. Czarnecki K., Kirmaier C., Holten D., and Bocian D.F. (1999) Vibrational and photochemical consequences of an Asp residue near the photoactive accessory bacteriochlorophyll in the photosynthetic reaction center. J. Phys. Chem. A, 103,2235-2246.

49. Dahlbom M., Minami T., Chernyak V., Pillerits T., Sundstrom V., and Mukamel S. (2000) Exciton-wave packet dynamics in molecular aggregates studied with pump-probe spectroscopy. J. Phys. Chem. B, 104, 3976-3983.

50. Deisenhofer J., and Norris J.R. (eds.) (1993) The Photosynthetic Reaction Center. Vols. 1, 2. Academic Press, San Diego.

51. Deisenhofer J., Epp. O., Miki K., Huber R., and Michel H. (1985a) Structure of the protein subunits in the photosynthetic reaction centre of Rhodopseudomonas viridis at 3 Ä resolution. Nature, 318, 618-624.

52. Deisenhofer J., Michel H., and Huber R. (1985b) The structural basis of photosynthetic light reactions in bacteria. Trends Biochem., 10, 243-248.

53. Deisenhofer, J., Epp, O., Sinning, I., and Michel, H. (1995) Crystallographic refinement at 2.3 A resolution and refined model of the photosynthetic reaction centre from Rhodopseudomonas viridis. J. Mol. Biol 246, 429-457.

54. Du M., Rosenthal S.J., Xie X., DiMagno T.J., Schmidt M., Hanson D.K., Schiffer M., Norris J.R. and Fleming G.R. (1992) Femtosecond spontaneous emission studies of reaction centers from photosynthetic bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 8517-8521.

55. Egger R., and Mak C.H. (1994) Dissipative three-state system and the primary electron transfer in the bacterial photosynthetic reaction center. J. Phys. Chem. 98, 9903-9918.

56. Ermler U., Fritzsch G., Buchanan S.K., and Michel H. (1994) Structure of the photosynthetic reaction centre from Rhodobacter sphaeroides at 2.65-A resolution: Cofactors and protein-cofactor interactions. Structure, 2, 925-936.

57. Fajer J,, Brune D. C., Davis M. S., Forman A., and Spaulding L. D. (1975) Primary charge separation in bacterial photosynyhesis: oxidized chlorophylls and reduced pheophytin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 72, 4956-4960.

58. Feher G., and Okamura M.Y. (1978) Chemical composition and properties of reaction centers. In: The photosynthetic bacteria, Clayton R.K., and Sistrom W.R. (eds.) N.Y.: Plenum Press, pp. 349386.

59. Figueirido F., Del Buono G.S., and Levy R.M. (1997) On the finite size corrections to the free energy of ionic hydration. J. Phys. Chem. B., 101, 5622-5623.

60. Finkele U„ Lauterwasser C., Zinth W., Gray K.A., and Oesterhelt D. (1990) Role of tyrosine M210 in the initial charge separation of reaction centers of Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 29, 8517-8521.

61. Fleming G.R., Martin J.-L., and Breton J. (1988) Rates of primary electron transfer in photosynthetic reaction centers and their mechanistic implications. Nature, 333, 190-192.

62. Fyfe, P.K., Ridge, J.P., McAuley, K.E., Cogdell, R.J., Isaacs, N.W., and Jones, M.R. (2000) Structural consequences of the replacement of glycine M203 with aspartic acid in the reaction center from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry 39, 5953-5960.

63. Gardner K.H., and Kay L.E. (1998) The use of 2H, 13C, 15N multidimensional NMR to study the structure and dynamics of proteins. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 27, 357-406.

64. Gehlen J.N., Marchi M., and Chandler D. (1994) Dynamics affecting the primary charge-transfer in photosynthesis. Science, 263, 499-502.

65. Gilson M.K., Rashin A., Fine R., and Honig B. (1985) On the calculation of electrostatic interactions in proteins. J. Mol. Biol., 184, 503-516.

66. Godik V.I. and Borisov A.Y. (1979) Short-lived delayed luminescence of photosynthetic organisms. I. Nanosecond afterglows in purple bacteria at low temperatures. Biochim. Biophys. Acta, 548, 296308.

67. Godik V.I., Kotova E.A., and Borisov A.Y. (1982) Nanosecond recombination luminescence of purple bacteria. The lifetime temperature dependence in Rhodospirillum rubrwn chromatophores. Photobiochem. Photobiophys., 4, 219-226.

68. Goldsmith J.O., Boxer S.G., (1996) Rapid isolation of bacterial photosynthetic reaction centers with an engineered poly-histidine tag. Biochim. Biophys. Acta, 1276, 171-175.

69. Goldsmith J.O., King B., and Boxer S.G. (1996) Mg coordination by amino acid side chains is not required for assembly and function of the special pair in bacterial photosynthetic reaction centers. Biochemistry, 35, 2421-2428.

70. Goldstein R.A., and Boxer S.G. (1988) The effect of very high magnetic fields on the reaction dynamics in bacterial reaction centers: Implications for the reaction mechanism. Biochim. Biophys. Acta., 911, 70-77.

71. Gray K.A., Farchhaus J.W., Wachtweitl J., Breton J., Oesterhelt D. (1990) Initial characterization of site-directed mutants of tyrosine M210 in the reaction centre of Rhodobacter sphaeroides. EMBO J., 9, 2061-2070.

72. Gray H.B., and Winkler J.R. (1996) Electron transfer in proteins. Ann. Rev. Biochem., 65, 537-561.

73. Gray H.B., and Winkler J.R. (2005) Long-range electron transfer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 3534-3539.

74. Gunner M.R., and Dutton P.L. (1989) Temperature and -AG0 dependence of the electron transfer from BPh'~ to Qa in reaction center protein from Rhodobacter sphaeroides with different quinones as Qa. J. Am. Chem. Soc., Ill, 3400-3412.

75. Gunner M., Nichols A., and Honig B. (1996) Electrostatic potentials in Rhodopseudomonas viridis reaction centers: Implications for the driving force and directionality of electron transfer. J. Phys. Chem., 100,4277-4291.

76. Haberkorn R., and Michel-Beyerle M.E. (1979) On the mechanism of magnetic field effects in bacterial photosynthesis. Biophys. J., 26, 489-498.

77. Haffa A.L.M., Lin S., Katilius E., Williams J.C., Taguchi A.K.W., Allen J.P., and Woodbury N.W. (2002) The dependence of the initial electron-transfer rate on driving force in Rhodobacter sphaeroides reaction centers. J. Phys. Chem. B., 106, 7376-7384.

78. Haffa A.L.M., Lin S., Williams J.C., Taguchi A.K.W., Allen J.P., and Woodbury N.W. (2003) High yield of long-lived B-side charge separation at room temperature in mutant bacterial reaction centers. J. Phys. Chem. B, 107, 12503-12510.

79. Haffa A.L.M., Lin S., Williams J.C., Bowen B.P., Taguchi A.K.W., Allen J.P., and Woodbury N.W. (2004) Controlling the pathway of photosynthetic charge separation in bacterial reaction centers. J. Phys. Chem. B., 108, 4-7.

80. Hale M.B., Blankenship R.E., Fuller R.C. (1983) Menaquinone is the sole quinone in the facultatively aerobic green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. Biochim. Biophys. Acta, 723, 376-382.

81. Hamm P., and Zinth W. (1995) Ultrafast initial reaction in bacterial photosynthesis revealedby femtosecond infrared spectroscopy. J. Phys. Chem., 99, 13537-13544.

82. Hamm P., Gray K.A., Oesterhelt D., Feik R., Scheer H., and Zinth W. (1993) Subpicosecond emission studies of bacterial reaction centers. Biochim. Biophys. Acta, 1142, 90-105.

83. Hartwich G., Lossau H., Michel-Beyerle M.E., and Ogrodnik A. (1998) Nonexponential fluorescence decay in reaction centers of Rhodobacter sphaeroides reflecting dispersive charge separation up to I ns. J. Phys. Chem. B., 102, 3815-3820.

84. Hasegawa J., and Nakatsuji H. (1998) Mechanism and unidirectionality of the electron transfer in the photosynthetic reaction center of Rhodopseudomonas viridis: SAC-CI theoretical study. J. Phys. Chem. B., 102, 10420-10430.

85. Heller B.A., Holten D., and Kirmaier C. (1995a) Characterization of bacterial reaction centers having mutations of aromatic residues in the binding site of the bacteriopheophytin intermediary electron carrier. Biochemistry, 34, 5294-5302.

86. Heller B.A., Holten D., and Kirmaier C. (1995b) Control of electron transfer between the L- and M-sides of the photosynthetic reaction center. Science, 269, 940-945.

87. Heller B.A., Holten D., and Kirmaier C. (1996) Effects of Asp residues near the L-side pigments in bacterial reaction centers. Biochemistry, 35, 15418-15427.

88. Hoff A.J. (1981) Magnetic field effects on photosynthetic reaction centers. Quart. Rev. Biophys., 14, 599-665.

89. Hoff A.J., and Deisenhofer J. (1997) Photophysics of photosynthesis: Structure and spectroscopy of reaction centres of purple bacteria. Physics Reports-Review. Section of Physics Letters, 287,2-247.

90. Holten D., Windsor M.W., Parson W.W., and Thornber J.P. (1978) Primary photochemical processes in isolated reaction centers of Rhodopseudomonas viridis. Biochim. Biophys.1. Acta., 501, 112-126.

91. Holzapfel W., Finkele U., Kaiser W., Oesterhelt D., Scheer H., Stilz H.U., and Zinth W. (1989) Observation of a bacteriochlorophyll anion radical during the primary charge separation in a reaction center. Chem. Phys. Lett., 160, 1-7.

92. Holzapfel W., Finkele U., Kaiser W., Oesterhelt D., Scheer 11., Stilz H.U., and Zinth W. (1990) Initial electron transfer in the reaction center from Rhodobacter sphaeroides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87,5168-5172.

93. Holzwarth A.R., and Muller M.G. (1996) Energetics and kinetics of radical pairs in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. A femtosecond transient absorption study. Biochemistry, 35, 11820-11831.

94. Hu, Y. and Mukamel, S., (1990) Sequential versus superexchange electron transfer in the photosynthetic reaction center. In: Perspectives in Photosynthesis, Jortner J., and Pullman B. (eds.), Kluwer Acad. Publ., Amsterdam, pp. 171-184.

95. Hunenberger P.H., Mark A.E. and van Gunsteren W.F. (1995) Fluctuation and cross-correlation analysis of protein motions observed in nanosecond molecular dynamics simulations. J. Mol. Biol., 252,492-503.

96. Huppmann P., Sporlein S., Bibikova M., Oesterhelt D., Wachtveitl J., and Zinth W (2003) Electron transfer in reaction centers of Blastochloris viridis: Photosynthetic reactions approximating the adiabatic regime. J. Phys. Chem. A., 107, 8302-8309.

97. Horber J.K.H., Gobel W., Ogrodnik A., Michel-Beyerle M.-E., and Cogdell R.J. (1986) Time-resolved measurements of fluorescence from reaction centers of Rhodopseudomonas sphaeroides. FEBS Lett., 198, 273-278.

98. Jackson J.A., Lin S., Taguchi A.K.W., Williams J.C., Allen J.P., and Woodbury N.W. (1997) Energy transfer in Rhodobacter sphaeroides reaction centers with the initial electron donor oxidized or missing. J. Phys. Chem. B, 101, 5747-5754.

99. Jean J.M., Friesner R.A., Fleming G.R. (1992) Application of a multilevel Redfield theory to electron transfer in condensed phases. J. Chem. Phys. 96, 5827-5842.

100. Jean J.M. (1994) Time and frequency - resolved spontaneous emission as a probe of coherence effects in ultrafast electron transfer reactions. J. Chem. Phys., 101, 10464-10473.

101. Jean J. M., Fleming G. R. (1995) Competition between energy and phase relaxation in electronic curve crossing processes. J. Chem. Phys., 103, 2092-2101.

102. Jia Y., DiMagno T.J., Chan C.-K., Wang Z., Du M., Hanson D.K., Schiffer M., Norris J.R., Fleming G.R., and Popov M.S. (1993) Primary charge separation in mutant reaction centers of Rhodobacter capsulatus. J. Phys. Chem., 97, 13180-13191.

103. Johnson E.T., and Parson W.W. (2002) Electrostatic interactions in an integral membrane protein. Biochemistty, 41, 6483-6494.

104. Johnson S.G., Tang D., Jankowiak R., Hayes J.M., Small G.J., and Tiede D.M. (1990) Primary donor state mode structure and energy transfer in bacterial reaction centers. J. Phys. Chem., 94, 5849-5855.

105. Jones M.R. (2009) Structural plasticity of reaction centers from purple bacteria. In: The Purple Phototrophic Bacteria, Hunter, C.N., Daldal, F., Thurnauer, M.C., and Beatty, J.T. (eds.), Springer Science + Business Media B.V., Dordreht, pp. 295-321.

106. Kalman L., LoBrutto R., Allen J.P., and Williams J.C. (1999) Modified reaction centres oxidize tyrosine in reactions that mirror Photosystem II. Nature, 402, 696-699.

107. Kalman L., Thielges M.C., Williams J.C., and Allen J.P. (2005) Proton release due to manganese binding and oxidation in modified bacterial reaction centers. Biochemistry, 44, 13266-13273.

108. Katilius E., Katiliene Z., Lin S., Taguchi A.K.W., and Woodbury N.W. (2002b) B-side electron transfer in the HE(M182) reaction center mutant from Rhodobacter sphaeroides. J. Phys. Chem. B., 106, 12344-12350.

109. Katilius E., Babendure J.L., Katiliene Z., Lin S., Taguchi A.K.W., and Woodbury N.W. (2003) Manipulations of the B-side charge separated states' energetics in the Rhodobacter sphaeroides reaction center. J. Phys. Chem. B, 107, 12029-12034.

110. Katilius E., Babendure J.L., Lin S., and Woodbury N.W. (2004) Electron transfer dynamics in Rhodobacter sphaeroides reaction center mutants with a modified ligand for the monomer bacteriochlorophyll on the active side. Photosynth. Res., 81, 165-180.

111. Kaufmann K.J., Petty K.M., Dutton P.L., and Rentzepis P.M. (1975) Picosecond kinetics of events leading to reaction center bacteriochlorophyll oxidation. Science, 188, 1301-1304.

112. Kee H.L., Laible P.D., Bautista J.A., Hanson D.K., Holten D., and Kirmaier C. (2006) Determination of the rate and yield of B-side quinone reduction in Rhodobacter capsulatus reaction centers. Biochemistiy, 45, 7314-7322.

113. Kellog E.C., Kolaczkowski S., Wasielewski M.R., and Tiede D.M. (1989) Measurement of the extent of electron transfer to the bacteriopheophytin in the M-subunit in reaction centers of Rhodopseudomonas viridis. Photosynth. Res., 22, 47-59.

114. King B.A., de Winter A., McAnaney T., and Boxer S.G. (2001) Excited state energy transfer pathways in photosynthetic reaction centers. 4. Asymmetric energy transfer in the heterodimer mutant. J. Phys. Chem. B., 105, 1856-1862.

115. Kirmaier C., Blankenship R. E., and Holten D. (1986) Formation and decay of radical pair state P+I~ in Chloroflexus aurantiacus reaction centers. Biochim. Biophys. Acta, 850, 275-285.

116. Kirmaier C., and Holten D. (1988) Subpicosecond spectroscopy of charge separation in Rhodobacter capsulatus reaction centers. Israel J. Chem., 28, 79-85.

117. Kirmaier C., Holten D., Bylina E.J., and Youvan D.C. (1988) Electron transfer in a genetically modified bacterial reaction center containing a heterodimer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85, 75627566.

118. Kirmaier C., Gaul D., DeBey R., Holten D., and Schenck C.C. (1991) Charge separation in a reaction center incorporating bacteriochlorophyll for photoactive bacteriopheophytin. Science, 251, 922-927.

119. Kirmaier C., Weems D., and Holten D. (1999) M-side electron transfer in reaction center mutants with a lysine near the nonphotoactive B bacteriochlorophyll. Biochemistry, 38, 11516-11530.

120. Kirmaier C., He C., and Holten D (2001) Manipulating the direction of electron transfer in the bacterial reaction center by swapping Phe for Tyr near BChlM (LI81) and Tyr for Phe near BChlL (M208). Biochemistry, 40, 12132-12139.

121. Kirmaier C., Laible P.D., Czarnecki K., Hata A.N., Hanson D.K., Bocian D.F., and Holten D. (2002b) Comparison of M-side electron transfer in Rba. sphaeroides and Rba. capsulatus reaction centers. J. Phys. Chem. B., 106, 1799-1808.

122. Kirmaier C., Laible P.D., Hanson D.K., and Holten D. (2003) B-side charge separation in bacterial photosynthetic reaction centers: nanosecond time scale electron transfer from Hb~ to Qb. Biochemistry, 42, 2016-2024.

123. Kirmaier C., Laible P.D., Hanson D.K., and Holten D. (2004) B-side electron transfer to form P^b " in reaction centers from the F(L181)Y/Y(M208)F mutant of Rhodobacter capsulatus. J. Phys. Chem. B., 108, 11827-11832.

124. Kirmaier C., Bautista J.A., Laible P.D., Hanson D.K., and Holten D. (2005) Probing the contribution of electronic coupling to the directionality of electron transfer in photosynthetic reaction centers. J. Phys. Chem. B, 109, 24160-24172.

125. Kitzing E., and Kiihn H. (1990) Primary electron transfer in photosynthetic reaction centers. J. Phys. Chem., 94, 1699-1702.

126. Kolbasov D., and Scherz A, (1998) Matrix elements play a significant role in asymétrie electron transfer in bacterial reaction centers. In: Photosynthesis: Mechanisms and Effects, Garab G (ed.) Vol II, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp. 719-722.

127. Kolbasov D., and Scherz A. (2000) Asymmetric electron transfer in reaction centers of purple bacteria strongly depends on different electron matrix elements in the active and inactive branches. J. Phys. Chem. B., 104, 1802-1809.

128. Mar T., and Gingras G. (1990) Relative phototrapping rates of the two bacteriopheophytins in the photoreaction center of Ectothiorhodospira sp. Biochim. Biophys. Acta, 1017, 112-117.

129. Marchi M., Gehlen J.N., Chandler D., and Newton M. (1993) Diabatic surfaces and the pathway for primary electron transfer in a photosynthetic reaction center. J. Am. Chem. Soc., 115, 4178-4190.

130. Marcus R.A. (1956) On the theory of oxidation-reduction reactions involving electron-transfer. 1. J. Chem. Phys., 24, 966-978.

131. Marcus R.A. (1964) Chemical and electrochemical electron transfer theory. Ann. Rev. Phys. Chem., 15, 155-196.

132. Marcus R.A., SutinN. (1985) Electron transfer in chemistry and biology. Biochim. Biophys. Acta, 811, 265-322.

133. Marcus R.A. (1993) Electron-transfer reactions in chemistry: theory and experiment (Nobel lecture). Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 32, 1111-1121.

134. Martin J.-L., and Vos M.H. (1992) Femtosecond biology. Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 21, 199-222.

135. McAuley K.E., Fyfe P.K., Cogdell, R.J., Isaacs N.W., and Jones M.R. (2000) X-ray crystal structure of the YM210W mutant reaction centre from Rhodobacter sphaeroides. FEBS Lett., 467, 285-290.

136. McDowell L.M., Gaul D., Kirmaier C., Holten D., and Schenck C.C. (1991) Investigation into the source of electron transfer asymmetry in bacterial reaction centers. Biochemistry, 30, 8315-8322.

137. Michel, H., Epp, O., and Deisenhofer, J. (1986) Pigment-protein interaction in the photosynthetic reaction center from Rhodopseudomonas viridis. EMBO J., 5, 2445-2451.

138. Moore L.J., and Boxer S.G. (1998) Inter-chromophore interactions in pigment-modified and dimer-less bacterial photosynthetic reaction centers. Photosynth. Res., 55, 173-180.

139. Moser C.C., Keske J.M., Warncke K., Farid R.S., and Dutton P.L. (1992) Nature of biological electron transfer. Nature, 355, 796-802.

140. Mukamel S. (1995) Principles of nonlinear optical spectroscopy, Oxford University Press, New York.

141. Miih F., Williams J.C., Allen J.P., and Lubitz W. (1998) A conformational change of the photoactive bacteriopheophytin in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 37, 13066-13074.

142. Nagarajan V., Parson W.W., Gaul D., and Schenck C. (1990) Effect of directed mutations of the tyrosine at site (M)210 on the primary photosynthetic electron transfer process in Rhodobacter sphaeroides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 7888-7892.

143. Nagarajan V., Parson W.W., Davis D., and Schenck C.C. (1993) Kinetics and free energy gaps of electron-transfer reactions in Rhodobacter sphaeroides reaction centers. Biochemistry, 32, 1232412336.

144. Narväez A.J., Kalman L., LoBrutto R., Allen J.P., and Williams J.C. (2002) Influence of the protein environment on the properties of a tyrosyl radical in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 41, 15253-15258.

145. Narväez A.J., LoBrutto R., Allen J.P., and Williams J.C. (2004) Trapped tyrosyl radical populations in modified reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 43, 14379-14384.

146. Newton M.D. (2003) Electronic coupling in electron transfer and the influence of nuclear modes: theoretical and computational probes. Theor. Chem. Acc., 110, 307-321.

147. Novoderezhkin V., Monshouwer R., and van Grondelle R. (2000) Electronic and vibrational coherence in the core light-harvesting antenna of Rhodopseudomonas viridis. J. Phys. Chem. B, 104, 12056-12071.

148. Noy D., Moser C.C., and Dutton P.L. (2006) Design and engineering of photosynthetic light-harvesting and electron transfer using length, time, and energy scales. Biochim. Biophys Acta, 1757, 90-105.

149. Ogrodnik A. (1990) The free energy difference between the excited primary donor *P* and the radical pair state P+PI~ in reaction centers of Rhodobacter sphaeroides. Biochim. Biophys. Acta, 1020, 65-71.

150. Ogrodnik A., Volk M., Letterer R., Feik R., and Michel-Beyerle M.-E. (1988) Determination of free energies in reaction centers of lib. sphaeroides. Biochim. Biophys. Acta, 936, 361-371.

151. Ogrodnik A., Hartwich G., Lossau H., and Michel-Beyerle M.E. (1999) Dispersive charge separation and conformational cooling of P+HA~ in reaction centers of Rb. sphaeroides R26: A spontaneous emission study. Chem. Phys., 244, 461-478.

152. Okamura M.Y., Paddock M.L., Graige M.S., and Feher G. (2000) Proton and electron transfer in bacterial reaction centers. Biochim Biophys Acta: Bioenerg., 1458, 148-163.

153. Olson J.M., and Thornber J.P. (1978) Photosynthetic reaction centers. In: Membrane proteins in energy transduction, Capaldi R.A. (ed.), N.Y.: Dekker, pp. 279-340.

154. Parot P., Delmas N., Garcia D., and Vermeglio A. (1985) Structure of Chloroflexus aurantiacus reaction center: Photoselection at low temperature. Biochim. Biophys. Acta, 809, 137-140.

155. Parson W.W. and Warshel A. (2004a) A density-matrix model of photosynthetic electron transfer with microscopically estimated vibrational relaxation times. Chem. Phys., 296, 201-206.

156. Parson W.W. and Warshel A. (2004b) Dependence of photosynthetic electron-transfer kinetics on temperature and energy in a density-matrix model. J. Phys. Chem. B., 108, 10474-10483.

157. Parson W.W., Clayton R.K., and Cogdell R.J. (1975) Excited states of photosynthetic reaction centers at low redox potentials. Biochim. Biophys. Acta, 387, 265-278.

158. Parson W.W., Chu Z.T., and Warshel A. (1990) Electrostatic control of charge separation in bacterial photosynthesis. Biochim. Biophys. Acta, 1017, 251-272.

159. Parson W.W. (1991) Reaction centers. In: Chlorophylls, Scheer H. (ed.), CRC Press, Boca Raton, pp.1153-1180.

160. Parson W.W. (1996) Photosynthetic bacterial reaction centers. In: Protein Electron Transfer, Bendall D.S. (ed.), BIOS Scientific Publishers, Oxford, pp. 125-160.

161. Parson W.W., Chu Z.T., and Warshel A. (1998a) Reorganization energy of the initial electron-transfer step in photosynthetic bacterial reaction centers. Biophys. J. 74, 182-191.

162. Parson W.W., Chu Z.T., and Warshel A. (1998b) Oscillations of the energy gap for the initial electron-transfer step in bacterial reaction centers. Photosynth. Res., 55, 147-152.

163. Peloquin J.M., Williams J.C., Lin X., Alden R.G., Taguchi A.K.W., Allen J.P., and Woodbury N.W. (1994) Time-dependent thermodynamics during early electron transfer in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 33, 8089-8100.

164. Peloquin J.M., Lin S., Taguchi A.K.W., and Woodbury N.W. (1995) Excitation wavelength dependence of bacterial reaction center photochemistry. 1. Ground state and excited state evolution. J. Phys. Chem., 99, 1349-1356.

165. Peloquin J.M., Lin S., Taguchi A.K.W., and Woodbury N.W. (1996) Excitation wavelength dependence of bacterial reaction center photochemistry. 2. Low-temperature measurements and spectroscopy of charge separation. J. Phys. Chem., 100, 14228-14235.

166. Pierson B.K., Thornber J.P., (1983) Isolation and spectral characterization of photochemical reaction centers from thermophilic green bacterium Chloroflexus aurantiacus strain J-10-F1. Proc. Natl. Sei. USA, 80, 80-84.

167. Pollard W. T., Felts A. K., and Friesner R.A. (1996) The Redfield equation in condensed-phase quantum dynamics. Adv. Chem. Phys. 93, 77-134.

168. Rademaker J., and Hoff A.J. (1981) The balance between primary forward and back reaction in bacterial photosynthesis. Biophys. J., 34, 325-344.

169. Redfield A. G. (1965) The theory of relaxation processes. In: Advances in Magnetic Resonance, Waugh J.S., (ed.), Acad. Press, New York, v. 1, pp. 1-32.

170. Reddy N.R.S., Lyle P.A., and Small G.J. (1992) Applications of spectral hole burning spectroscopies to antenna and reaction center complexes. Photosynth. Res., 31, 167-194.

171. Reimers J.R .and Hush N.S. (2004) A unified description of the electrochemical, charge distribution, and spectroscopic properties of the special-pair radical cation in bacterial photosynthesis. J. Am. Chem. Soc. 126, 4132-4144.

172. Renger Th., May V., and Kiihn O. (2001) Ultrafast excitation energy transfer dynamics in photosynthetic pigment-protein complexes. Phys. Rep. 343, 137-254.

173. Roberts J.A., Holten D., and Kirmaier C. (2001) Primary events in photosynthetic reaction centers with multiple mutations near the photoactive electron carriers. J. Phys. Chem. B., 105, 5575-5584.

174. Robles S.J., Breton J., and Youvan D.C. (1990a) Partial symmetrization of the photosynthetic reaction center. Science, 248, 1402-1405.

175. Rockley M.G., Windsor M.W., Cogdell R.J., and Parson W.W. (1975) Picosecond detection of an intermediate in the photochemical reaction of bacterial photosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 72,2251-2255.

176. Schenck C.C., Blankenship R.E., and Parson W.W. (1982) Radical-pair decay kinetics, triplet yields, and delayed fluorescence from bacterial reaction centers. Biochim. Biophys. Acta, 680, 4459.

177. Scherer P. O. J., and Fischer S. F. (1987) Model studies to to low-temperature optical transitions of photosynthetic reaction centers. II. Rhodobacter sphaeroides and Chloroflexus aurantiacus. Biochim. Biophys. Acta, 891, 157-164.

178. Scherer P.O.J, and Fischer S.F. (1989) Long-range electron transfer within the hexamer of the photosynthetic reaction center Rhodopseudomonas viridis. J. Phys. Chem., 93, 1633-1637.

179. Scherer P.O. J., and Fischer S.F. (1998) Charge transfer states of the reaction center. Spectrochim. Acta A, 54A, 1191-1199.

180. Schweitzer G., Hucke M., Griebenow K., Muller M. G., and Holzwarth A. R. (1992) Charge separation kinetics in isolated photosynthetic reaction centers of Chloroflexus aurantiacus (with Qa reduced) at low temperatures. Chem. Phys. Lett., 190, 149-154.

181. Sham Y.Y., and Warshel A. (1998) The surface constrained all atom model provides size-independent results in calculations of hydration free energies. J. Chem. Phys., 109, 7940-7944.

182. Shiozawa, J.A., Lottspeich, F., and Feick, R. (1987) The ptotochemical reaction center of Chloroflexus aurantiacus is composed of two structurally similar polypeptides. Eur. J. Biochem.,167, 595-600.

183. Shiozawa J. A., Lottspeich F., Oesterhelt D., and Feick R. (1989) The primary structure of the Chloroflexus aurantiacus reaction-center polypeptides. Eur. J. Biochem., 180, 75-84.

184. Shkuropatov A.Y., and Shuvalov V.A. (1993) Electron transfer in pheophytin a-modified reaction centers from Rhodobacter sphaeroides (R-26). FEBS Lett., 322, 168-172.

185. Shuvalov V.A., and Klimov V.V. (1976) The primary photoreactions in the complex cytochrome-P-890 — P-760 (bacteriopheophytin76o) of Chromatium minutissimum at low redox potentials. Biochim. Biophys. Acta., 440, 587-599.

186. Shuvalov V.A., and Duysens L.N.M. (1986) Primary electron transfer reactions in modified reaction centers from R. sphaeroides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 1690-1694.

187. Shuvalov V.A., and Parson W.W. (1980) Energies and kinetics of radical pairs involving bacteriochlorophyll and bacteriopheophytin in bacterial reaction centers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 78, 957-961.

188. Sim E., and Makri N. (1997) Path integral simulation of charge transfer dynamics in photosynthetic reaction centers. J. Phys. Chem. B., 101, 5446-5458.

189. Skourtis S.S., Balabin I.A., Kawatsu T., and Beratan D.N. (2005) Protein dynamics and electron transfer: Electronic decoherence and non-Condon effects. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 35523557.

190. Slichter C.P. (1963) Principles of Magnetic Resonance with Examples from Solid State Physics. Harper & Row, New York.

191. Small G.J. (1995) On the validity of the standard model for primary charge separation in the bacterial reaction center. Chem. Phys., 197, 239-257.

192. Small G.J., Hayes J.M., and Silbey R.J. (1992) The question of dispersive kinetics for the initial phase of charge separation in bacterial reaction centers. J. Phys. Chem., 96, 7499-7501.

193. Spiedel D., Jones M.R., and Robert B. (2002) Tuning of the redox potential of the primary electron donor in reaction centres of purple bacteria: Effects of amino acid polarity and position. FEBS Lett., 527, 171-175.

194. Sporlein S., Zinth W., and Wachtveitl J. (1998) Vibrational coherence in photosynthetic reaction centers observed in the bacteriochlorophyll anion band. J. Phys. Chem. B, 102, 7492-7496.

195. Sporlein S., Zinth W., Meyer M., Scheer H., and Wachtveitl J. (2000) Primary electron transfer in modified bacterial reaction centers: Optimization of the first events in photosynthesis. Chem. Phys. Lett., 322, 454-464.

196. Stanley R.J., and Boxer S.G. (1995) Oscillations in spontaneous fluorescence from photosynthetic reaction centers. J. Phys. Chem., 99, 859-863.

197. Steffen M.A., Lao K.Q., and Boxer S.G. (1994) Dielectric asymmetry in the photosynthetic reaction center. Science, 264, 810-816.

198. Stowell, M.H.B., McPhillips, T.M., Rees, D.C., Soltis, S.M., Abresch, E., and Feher, G. (1997) Light-induced structural changes in photosynthetic reaction center: implications for mechanism of electron-proton transfer. Science, 276, 812-816.

199. Streltsov A.M., Aartsma T.J., Hoff A.J., and Shuvalov V.A. (1997) Oscillations within the BL absorption band of Rhodobacter sphaeroides reaction centers upon 30 femtosecond excitation at 865 nm. Chem. Phys. Lett., 266, 347-352.

200. Sumi H., and Marcus R.A. (1986) Dielectric relaxation and intramolecular electron transfers. J. Chem. Phys. 84, 4272-4276.

201. Sumi H. (1997) Electron transfer via a midway molecule as seen in primary processes in photosynthesis: Superexchange or sequential, or unified? J. Electroanal. Chem., 438, 11-20.

202. Taguchi A.K.W., Eastman J.E., Gallo D.M., Sheagley E., Xiao W., and Woodbury N.W. (1996) Asymmetry requirements in the photosynthetic reaction center of Rhodobacter capsulatus. Biochemistry, 35, 3175-3186.

203. Takiff L., and Boxer S.G. (1988) Phosphorescence from the primary electron donor in Rhodobacter sphaeroides and Rhodopseudomonas viridis reaction centers. Biochim. Biophys. Acta, 932, 325-334.

204. Thielges M., Uyeda G., Cámara-Artigas A., Kálmán L., Williams J.C., and Allen J.P. (2005) Design of a redox-linked active metal site: Manganese bound to bacterial reaction centers at a site resembling that of Photosystem II. Biochemistry, 44, 7389-7394.

205. Thompson M.A., Zerner M.C., and Fajer J. (1991) A theoretical examination of the electronic structure and spectroscopy of the photosynthetic reaction center from Rhodopseudomonas viridis. J. Am. Chem. Soc., 113, 8210-8215.

206. Vasmel H., Meiburg R. F., Kramer H. J. M., de Vos L. J., and Amesz J. (1983) Optical properties of the photosynthetic reaction center of Chloroflexus aurantiacus at low temperature. Biochim. Biophys. Acta, 724, 333-339.

207. Vasmel H., and Amesz J. (1983) Photoreduction of menaquinone in the reaction center of the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. Biochim. Biophys. Acta, 724, 118-122.

208. Vasmel H., Amesz J., and Hoff A. J. (1986) Analysis by excitation theory of the optical properties of the Chloroflexus aurantiacus reaction center. Biochim. Biophys. Acta, 852, 159-168.

209. Volk M., Scheidel G., Ogrodnik A., Feick R., and Michel-Beyerle M. E. (1991) High quantum yield of charge separation in reaction centers of Chloroflexus aurantiacus. Biochim. Biophys. Acta, 1058, 217-224.

210. Vos M., and Martin J.-L. (1999) Femtosecond processes in proteins. Biochim. Biophys. Acta, 1411, 1-20.

211. Vos M.H., Lambry J.C., Robles S.J., Youvan D.C., Breton J., and Martin J.-L. (1991) Direct observation of vibrational coherence in bacterial reaction centers using femtosecond absorption spectroscopy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 8885-8889.

212. Vos M.H., Lambry J.C., Robles S.J., Youvan D.C., Breton J., and Martin J.-L. (1992) Femtosecond spectral evolution of the excited state of bacterial reaction centers at 10 K. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89,613-617.

213. Vos M.H., Rappaport F., Lambry J.-H., Breton J., and Martin J.-L. (1993) Visualization of coherent nuclear motion in a membrane protein by femtosecond spectroscopy. Nature, 363, 320-325.

214. Vos M.H., Jones M.R., Hunter C.N., Breton J., and Martin J.-L. (1994a) Coherent nuclear dynamics at room temperature in bacterial reaction centers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 12701-12705.

215. Vos M.H., Jones M.R., Hunter C.N., Breton J., Lambry J.-C., and Martin J.-L. (1994b) Coherent dynamics during the primary electron-transfer reaction in membrane-bound reaction centers of Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 33, 6750-6757.

216. Vos M.H., Jones M.R., Breton J., Lambry J.C., and Martin J.-L .(1996) Vibrational dephasing of long- and short-lived primary donor excited states in mutant reaction centers of Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 35, 2687-2692.

217. Vos M.H., Jones M.R., and Martin J.-L. (1998) Vibrational coherence in bacterial reaction centers: spectroscopic characterisation of motions active during primary electron transfer. Chem. Phys., 233, 179-190.

218. Vos M.H., Rischel C., Jones M.R., and Martin J.-L. (2000) Electrochromic detection of a coherent component in the formation of the charge pair P+HL~ in bacterial reaction centers. Biochemistry, 39, 8353-8361.

219. Wakeham M.C., Goodwin M.G., McKibbin C., and Jones M.R. (2003) Photo-accumulation of the P+Qb~ radical pair state in purple bacterial reaction centres that lack the QA ubiquinone. FEBS Lett., 540, 234-240.

220. Wakeham M.C., Breton J., Nabedryk E., and Jones M.R. (2004) Formation of a semiquinone at the Qb site by A- or B-branch electron transfer in the reaction center from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 43, 4755-4763.

221. Wakeham M.C., and Jones M.R. (2005) Rewiring photosynthesis: Engineering wrong-way electron transfer in the purple bacterial reaction center. Biochem. Soc. Trans., 133, 851-857.

222. Wang H.W, Lin S., and Woodbury N.W. (2006) Electronic transitions of the Soret band of reaction centers from Rhodobacter sphaeroides studied by femtosecond transient absorbance spectroscopy. J. Phys. Chem. B, 110, 6956-6961.

223. Wang H.W., Lin S„ Allen J.P., Williams J.C., Blankert S„ Laser C., and Woodbury N.W. (2007) Protein dynamics control the kinetics of initial electron transfer in photosynthesis. Science, 316, 747-750.

224. Wang Z., Pearlstein R.M., Jia Y., Fleming G.R., andNorris J.R. (1993) Inhomogeneous electron-transfer kinetics in reaction centers of bacterial photosynthesis. Chem. Phys., 176,421-425.

225. Warshel A., and Parson W.W. (2001) Dynamics of biochemical and biophysical reactions: insight from computer simulations. Quart. Rev. Biophys., 34, 563-679.

226. Warshel A., and Russell S.T. (1984) Calculations of electrostatic interactions in biological systems and in solutions. Quart. Rev. Biophys., 17, 283-290.

227. Warshel A., Creighton S., and Parson W.W. (1988) Electron-transfer pathways in the primary event of bacterial photosynthesis. J. Phys. Chem., 92, 2698-2701.

228. Warshel A., Sharma P.K., Kato M., and Parson W.W. (2006) Modeling electrostatic effects in proteins. Biochim. Biophys. Acta, 1764, 1647-1676.

229. Wasielewski M.R., and Tiede D.M. (1986) Sub-picosecond measurements of primary electron transfer in Rhodopseudomonas viridis reaction centers using near-infrared excitation. FEBS Lett. 204, 368-372.

230. Watanabe T., and Kobayashi M. (1991) Electrochemistry of chlorophylls. In: Chlorophylls, Scheer H., (ed.), CRC Press: Boca Raton, FL, pp. 287-315.

231. Webber A.N., and Lubitz W. (2001) P700: The primary electron donor of Photosystem I. Biochim. Biophys. Acta, 1507, 61-79.

232. Weiner S.J., Kollman P.A., Case D., Singh U.C., Ghio C., Alagona G., Profeta P.S., and Weiner P. (1984) A new force field for molecular mechanical simulation of nucleic acids and proteins. J. Am. Chem. Soc., 106, 765-784.

233. Williams J.C., Steiner L.A., Feher G., and Simon M.J. (1984) Primary structure of the L-subunit of the reaction center from Rhodopseudomonas sphaeroides. Proc. Natl. Sci. USA, 81, 7303-7307.

234. Williams J.C., Steiner L.A., Ogden R.C., Simon M.I., and Feher G. (1983) Primary structure of the M-subunit of the reaction center from Rhodopseudomonas sphaeroides. Proc. Natl. Sci. USA, 80, 6505-6509.

235. Williams J.C., Alden R.G., Murchison H.A., Peloquin J.M., Woodbury N.W., and Allen J.P. (1992) Effects of mutations near the bacteriochlorophylls in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Biochemistry, 31, 11029-11037.

236. Williams J.C., Paddock M.L., Way Y.P., and Allen J.P. (2007) Changes in metal specificity due to iron ligand substitutions in reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Appl. Magn. Reson., 31, 45-58.

237. Woodbury N.W., and Parson W.W. (1984) Nanosecond fluorescence from isolated reaction centers of Rhodopseudomonas sphaeroides. Biochim. Biophys. Acta, 767, 345-361.

238. Woodbury N.W., Becker M., Middendorf D., and Parson W.W .(1985) Picosecond kinetics of the initial photochemical electrontransfer reaction in bacterial photosynthetic reaction centers. Biochemistry, 24, 7516-7521.

239. Wraight C.A., and Clayton R.K. (1974) The absolute quantum efficiency of bacteriochlorophyll photooxidation in reaction centres of Rhodopseudomonas sphaeroides. Biochim. Biophys. Acta, 333, 246-260.

240. Wraight C.A. (2004) Proton and electron transfer in the acceptor quinone complex of photosynthetic reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Frontiers in Biosciences, 9, 309337.

241. Youvan D.C., Bylina E.J., Alberti M., Begusch H., and Hearst J.E. (1984) Nucleotide and deduced polypeptide sequences of the photosynthetic reaction center, B870 antenna, and flanking polypeptides from R. capsulata. Cell, 37, 949-957.

242. Zener C. (1932) Non-adiabatic crossing of energy levels. Proc. Roy. Soc. London A, 137, 696-702.

243. Zhang W.M., Meier T., Chernyak V., and Mukamel S.J. (1998) Exciton-migration and three-pulse femtosecond optical spectroscopies of photosynthetic antenna complexes. J. Chem. Phys., 108, 7763-7774.

244. Zhang L.Y., and Friesner R.A. (1998) Ab initio calculation of electronic coupling in the photosynthetic reaction center. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 13603-13605.

245. Zhou H., and Boxer S.G. (1998a) Probing excited-state electron transfer by resonance Stark spectroscopy. 1. Experimental results for photosynthetic reaction centers. J. Phys. Chem. B, 102, 9139-9147.

246. Zhou H., and Boxer S.G. (1998b) Probing excited-state electron transfer by resonance Stark spectroscopy. 2. Theory and application. J. Phys. Chem. B. 102, 9148-9160.

247. Zusman L.D., and Beratan D.N. (1998) Electron transfer in the photosynthetic reaction center: Mechanistic implications of mutagenesis studies. Spectrochim. Acta A, 54A, 1211-1218.