Группа исследования механизмов первичных процессов фотосинтеза

Комнаты 309, 212, тел. 939-12-38

• О группе
• Научная работа
• Учебная работа
• Публикации

Сотрудники

Нокс Пётр Петрович
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Лукашев Евгений Павлович
кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Сейфуллина Нурания Хамитовна
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Чурин Анатолий Александрович
кандидат биологических наук, научный сотрудник

Гришанова Надежда Петровна

О группе

Источником жизни на Земле является Солнце. Первые шаги в цепи превращений солнечной энергии осуществляют фотосинтезирующие организмы, которые переводят энергию поглощенных ими световых квантов в энергию химических связей синтезируемых органических молекул. Ключевую роль в данных фотопреобразующих процессах играют встроенные в фотосинтетические мембраны пигмент-белковые комплексы фотосинтетических реакционных центров (РЦ) и эволюционно более раннего белка бактериородопсина. Эти белки фактически представляют собой «фотоферменты», субстратом для которых являются световые кванты. Физические механизмы функционирования данных фотопреобразующих комплексов, эффективная регуляция их электрон- и протонтранспортной активности являются главной научной тематикой работы группы. Всесторонне исследуется роль конформационной динамики в этих процессах, включая роль внутримолекулярных водородных связей. Детальные исследования гидратационного и температурного факторов, влияния липидного мембранного окружения, других различных модифицирующих структурно-динамическое состояние мембранных белков воздействий на активность изучаемых фоточувствительных комплексов позволяют получать новую ценную информацию о функциональном устройстве эффективных природных биокатализаторов. Уникальные фотохромные, фотоэлектрические и электрохромные свойства фотосинтетических РЦ и бактериородопсина , а также их достаточно высокая устойчивость к действию факторов внешней среды, показали потенциальную перспективность использования этих биоматериалов в качестве объекта бионанотехнологии. Высокая энергетическая эффективность и квантовая чувствительность этих природных структур, возможность управления их свойствами методами химической модификации или генетической инженерии, позволяют оптимизировать характеристики молекулярных фотоэлектрических преобразователей, создаваемых на их основе. Иммобилизация данных белков в полимерные матрицы, формирование на их основе тонких ориентированных пленочных структур, включение различных полупроводниковых, других электропроводящих компонентов в создаваемые конструкции открывает широкие возможности изучения практического применения белков РЦ и бактериородопсина.

Основные направления научной работы

• Изучение молекулярных механизмов высокоэффективного преобразования энергии света в энергию электрохимического потенциала природными наноструктурами – светочувствительными белками и эффективной регуляции этих процессов.

Конкретные задачи, решаемые в рамках фундаментальных направлений исследований

• Детальное экспериментальное и теоретическое исследование механизмов зависимости эффективности и скорости переноса электронов и протонов в фототрансформирующих природных макромолекулярных комплексах от локальной внутримолекулярной динамики.
• Изучение механизмов высокоэффективной временной стабилизации фоторазделяемых зарядов, препятствующей их бесполезной темновой рекомбинации, роли внутримолекулярных водородных связей в этих процессах.
• Изучение возможностей и путей регуляции данными процессами в биотехнологических целях.

Методы исследований

В проводимых группой исследованиях используются различные современные методы кинетической абсорбционной и люминесцентной спектрофотометрии широкого временного диапазона регистрации, электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, ядерный гамма-резонанс, современные подходы теоретического анализа получаемых результатов и построения адекватных физических моделей процессов. Имеется биохимическая база для получения высокочистых активных фотосинтетических препаратов различного состава, включая изолированные мембранные белково-пигментные комплексы разного уровня организации. Имеется приборная база для формирования и изучения свойств упорядоченных моно- и мультислойных многокомпонентных пленочных конструкций с участием фоточувствительных белков (техника Ленгмюра-Блоджетт, атомно-силовая и туннельная микроскопия, электрохимический анализатор).

Научные контакты

• Лаборатория динамики биополимеров Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН

Ключевые слова

УДК 577.3	Физико-химические основы жизни. Общая биофизика и биофизическая химия
ГРНТИ 34.17.09	Фотофизические и фотохимические процессы в биологии
PACS 82.39.Jn	Перенос зарядов в биологических системах

Учебная работа

• Задача большого практикума «Исследование фотохимических превращений в бактериородопсине методами стационарной и импульсной дифференциальной спектроскопии»