Control de la matriz de proteínas de la excitación del centro de reacción en el fotosistema II

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Investigación de la fotosíntesis
• Biología computacional

Sus antecedentes:

• El fotosistema II (PSII) impulsa la fotosíntesis oxigenada a través de la separación de cargas inducida por la luz.
• El centro de reacción de PSII contiene cromóforos de clorofila y feofitina dispuestos simétricamente en las proteínas D1 y D2.
• La comprensión de la excitación primaria y la transferencia asimétrica de carga en PSII sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Proporcionar una descripción atomística detallada de la excitación y la transferencia de carga en el centro de reacción PSII.
• Para aclarar los factores que controlan la transferencia de carga asimétrica en la fotosíntesis.
• Para identificar el sitio primario de excitación y separación de carga en PSII.

Principales métodos:

• Simulaciones a gran escala de PSII incrustados en la membrana.
• Cálculos de mecánica cuántica y mecánica molecular de alto nivel (QM/MM).
• Teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo separada por el rango y métodos de racimo acoplado (STEOM-CCSD).

Principales resultados:

• La matriz proteica dicta la asimetría de excitación, favoreciendo la rama D1 y haciendo de ChlD1 el sitio de energía más baja.
• La transferencia de carga ChlD1 → PheoD1 es la excitación de energía más baja dentro del centro de reacción.
• Se excluye el "par especial" P D1-P D2 como lugar de separación inicial de la carga.

Conclusiones:

• El entorno proteico, no los cromóforos en sí mismos, establece la asimetría en PSII.
• La separación inicial de la carga en PSII ocurre a través de ChlD1 → PheoD1, no el par especial.
• La flexibilidad de la proteína puede permitir la excitación de la luz roja lejana de los estados de transferencia de carga.