蛋白环境对紫色细菌Rb.spheroides光合反应中心原初电子转移的影响的量子化学研究

摘要

得到一些新的结果,主要如下:(1)在色素分子与蛋白质链上相应的氨基酸残基形成的轴向配位及或氢键复合物的超分子中,这些残基对超分子的前线轨道组成基本没有贡献.用ODA-ENFC量子化学从头算方法,首次得到Rb-spheroides光合反应中心蛋白质链的电子结构.结果表明上述氨基酸残基对于蛋白质链的前线轨道也基本没有贡献,还表明色素分子与蛋白质链的相互作用主要不是轨道相互作用,也无二者间的前线轨道能级匹配;在电子转移过程中,蛋白质链难以象DNA链那样起到"桥体"(Bridge)的作用.(2)氨基酸残基与色素分子的轴向配位可使配位复合物的最低空轨道能级(E<,LUMO>)显著升高,而氨基酸残基与色素分子间的氢键作用可使复合物的E<,LUMO>有一定程度的下降(随氢键的不同强度而有不同).这些规律未见有关文献报道.(3)本文提出新的视角,即虽然目前有关电子转移的详细机理和动力学尚不清楚,但各电子转移态均应与路径无关.从总体上看,由原初电子供体的HOMO被激发至其LUMO的电子应是依次沿着各色素分子--蛋白复合物的LUMO转移.(4)本文的结果表明,组氨酸残基对原初电子供体的轴向配位,对于野生的细菌光合反应中心的电子转移反应能够进行是至关重要的.氢键作用对电子转移的路径和沿L分支的"单向性"有重要影响.本文还对目前有关的争议以及由激发细菌辅助叶绿素引发的电子转移的可能性等问题进行了讨论.