紫色光合细菌无P色素突变体反应中心中单体细菌叶绿素间的激发能转移

《Photosynthesis Research》：Excitation energy transfer between monomeric bacterioclorophylls in reaction centers of P-less mutant of purple photosynthetic bacteria

　　

摘要

光合反应中心（RCs）是将光能转化为化学能的独特天然转换器。研究这些 RCs 的激发动力学有助于更好地理解其组织和功能背后的物理机制，这可能对创建其人工类似物有用。利用飞秒差分吸收光谱，我们研究了紫色细菌Rhodobacter (Rb.) sphaeroides突变体 RCs 中细菌叶绿素 B_A 和 B_B 单体的激发态早期动力学，该突变体由于残基 L157 处缬氨酸被精氨酸取代而缺少细菌叶绿素 P 二聚体。这些 RCs 中不存在电荷分离，这极大地简化了发色团激发动力学的研究。我们发现，当在由 B_A 和 B_B 紧密排列的谱带形成的 B 的 Q_y 吸收带激发 RCs 时，光谱 ΔA（光???暗）沿波长尺度迅速移动，且该移动的方向和幅度取决于泵浦波长 λ_pump 和温度 T。当 λ_pump?=?780–785?nm 时，主要激发 B_A，在 77 K 时，光谱 ΔA 在约 300 fs 内向红端移动约 2.5 nm，在 295 K 时移动约 1.5 nm。当 λ_pump?=?815–820?nm 时，主要激发 B_B，在 T?=?295?K 时，光谱 ΔA 在约 300 fs 内向蓝端移动 ≤?1?nm，而在 T?=?77?K 时这种移动不存在。对 ΔA 光谱的全局分析表明，这些移动的时间常数从 77 K 时的 104 fs 变为 295 K 时的 98 fs。在 77 K 时，红移伴随着微弱的（约 2%）振荡，这些振荡在约 500 fs 内完全衰减。使用动力学方程对光谱动力学进行建模表明，观察到的光谱移动可能与 B_A* 和 B_B* 之间的可逆能量转移有关。建模表明，正向（B_A*→ B_B*）和反向（B_B*→ B_A*）能量转移速率之比从 295 K 时的 2.7 变为 77 K 时的 4.4，这解释了激发 B_B 时光谱 ΔA 蓝移值较小的原因。B_A 和 B_B 之间的高能量转移速率是 RCs 色素形成的单个“超分子”内活性（下标 A）和非活性（下标 B）支链之间密切相互作用的指标。