Влияние структурной модификации реакционных центров пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides на перенос электрона в пикосекундном временном диапазоне

Фотосинтез является одним из важнейших процессов на Земле и с давних пор привлекает внимание исследователей. В ходе этого процесса в результате многоступенчатых биохимических реакций за счет энергии света синтезируются органические соединения, являющиеся основой жизнедеятельности всех живых организмов. Очевидно, выяснение механизма фотосинтеза будет способствовать решению фундаментальной научной проблемы фотохимического преобразования энергии, поможет найти пути повышения устойчивости фотосинтетического аппарата к действию таких повреждающих факторов, как экстремальные температуры, гербициды, высокоинтенсивный свет и др., а также позволит осуществить контроль, а возможно, и управление этим сложным природным явлением.

Особый интерес для исследователей представляют начальные стадии процесса фотосинтеза, так как от эффективности реакций на этих этапах зависит эффективность фотосинтеза в целом. В основе первичных процессов фотосинтеза лежит преобразование световой энергии в электрохимическую энергию разделённых зарядов, которая в конечном итоге превращается в энергию химических связей органических веществ. Известно, что первичные реакции фотосинтеза практически необратимы и происходят с квантовым выходом, близким к 100%, поэтому вполне понятен интерес к изучению механизма столь эффективного преобразования световой энергии. Кроме того, выяснение природы первичных процессов фотосинтеза позволит создать искусственные фотоэлектрические системы, в которых использовались бы принципы функционирования фотосинтетического аппарата.

Начальные стадии фотосинтеза осуществляются в специализированных пигмент-белковых комплексах, уникальная структура которых обеспечивает высокую эффективность происходящих в них процессов. Такая эффективность достигается, с одной стороны, спецификой взаимодействия фотоактивных пигментов с белковой матрицей, с другой — межмолекулярными пигмент-пигментными взаимодействиями. В наиболее общем виде пигмент-белковые комплексы фотосинтезирующих организмов подразделяют на два типа: светособирающие комплексы (ССК) и реакционные центры (РЦ).

Первичные процессы фотосинтеза включают: поглощение квантов света молекулами5 светосборщиками, миграцию энергии в ССК, захват возбуждения, локализованного в ССК, фотоактивными пигментами РЦ, разделение зарядов и последующий транспорт электрона. Перечисленные выше процессы происходят в пиконаносекундном временном диапазоне, в связи с чем их изучение стало возможно только с появлением приборов с пикосекундным временным разрешением.

Наибольшее распространение в изучении первичных процессов фотосинтеза в пико-и наносекундном временном диапазоне получили методы импульсной флуориметрии и абсорбционной спектроскопии. В зависимости от природы исследуемого процесса предпочтительным оказывается тот или иной метод, а в некоторых случаях для получения более достоверной информации применяется их сочетание. Так, при миграции энергии существует определенная (хотя и небольшая) вероятность дезактивации электронного возбуждения с испусканием кванта света — флуоресценции. Регистрация процессов, сопровождающихся флуоресценцией, возможна методом импульсной флуориметрии. После захвата энергии электронного возбуждения первичным донором РЦ следует цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых осуществляется транспорт электрона. При этом вероятность обращения процесса с испусканием кванта света мала, причем ее величина уменьшается при продвижении электрона по электрон-транспортной цепи. Следовательно, применение метода импульсной флуориметрии для изучения реакций транспорта электрона становится невозможным. С другой стороны, в ходе протекающих в РЦ окислительно-восстановительных реакций, образуются короткоживущие состояния — катиони анион-радикалы фотоактивных пигментов. Их спектральные характеристики заметно отличаются от таковых для нейтральных форм, что позволяет надёжно регистрировать появление и исчезновение различных состояний кофакторов с помощью метода абсорбционной спектроскопии.

Наиболее широкое применение в изучении реакций разделения зарядов и переноса электрона в РЦ фотосинтезирующих организмов нашел метод пикосекундной абсорбционной спектроскопии, в котором возбуждение и зондирование наведенных изменений поглощения осуществляется пикосекундными импульсами света необходимого спектрального диапазона, генерируемыми лазерными источниками света. Дальнейшее развитие этого метода позволило повысить временное разрешение б измерительных приборов до нескольких десятков фемтосекунд. Очевидно, применение техники с фемтосекундным временным разрешением позволит раскрыть природу самых быстрых релаксационных процессов, предшествующих ключевой реакции фотосинтеза — разделению зарядов и появлению первичной ион-радикальной пары.

Многочисленные исследования первичных процессов фотосинтеза, выполненные с фемтосекундным и пикосекундным временным разрешением, свидетельствуют, что кинетики миграции энергии и разделения зарядов многокомпонентны. При этом наиболее быстрый компонент в кинетике переходных процессов авторы относят, в частности, либо к колебательной и электронной релаксациям, либо к белковым перестройкам, связанным с реорганизацией небольших полярных групп [1−4]. Все эти процессы могут протекать за сотни фемтосекунд.

Теоретический анализ роли молекул воды, находящихся в структуре РЦ, в первичных процессах фотосинтеза был выполнен в работах [5,6]. В них в последовательность процессов, осуществляемых бактериальными РЦ, вводится стадия поляризации ближайших к фотоактивному пигменту РЦ молекул воды. Она предшествует процессам переноса электрона между фотоактивными пигментами и сопровождается потерей части электронной энергии порядка 0.03−0.12 эВ. Это, по мнению авторов [5,6] объясняет наблюдаемую в экспериментах необратимость и высокую эффективность первичных реакций фотосинтеза.

Таким образом, белок РЦ и связанная с ним вода в настоящее время все чаще рассматриваются в качестве вероятных активных участников процессов преобразования энергии в РЦ. Экспериментальные исследования процессов релаксации в РЦ пурпурной бактерии Rb. sphaeroides с пикосекундным временным разрешением были начаты в работах [7,8], а затем продолжены в [9,10]. Авторы выполнили исследования начальных стадий фотосинтеза в РЦ пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides, в которых предварительно была проведена направленная модификация их структуры. Модификация образцов достигалась изотопным замещением Н2О на D2O и внедрением различных криопротекторов, обладающих протонакцепторными свойствами и способных проникать в гидрофобные области препарата. Было показано, что вышеописанные модифицирующие воздействия приводят к замедлению скоростей происходящих в РЦ процессов разделения зарядов и дальнейшего транспорта 7 электрона. При этом степень эффекта, оказываемого данным криопротектором, коррелировала с его способностью проникать в гидрофобные области препаратов и величиной его протонакцепторной силы. Для объяснения полученных в работах экспериментальных результатов была предложена кинетическая схема, согласно которой переносу электрона от донора к акцептору предшествуют процессы быстрой релаксации, связанные с переориентацией лёгких белковых групп и водородных связей под действием электрического поля разделённых зарядов.

Диссертационная работа является продолжением исследований, начатых в [7−10], и посвящена дальнейшему изучению влияния белковой матрицы на процессы миграции энергии, первичного разделения зарядов и транспорта электрона в РЦ.

Цель работы. Цель диссертации заключалась в исследовании взаимосвязи пигмент-белковых взаимодействий с функциональными свойствами кофакторов в РЦ пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides, обеспечивающих высокую эффективность разделения зарядов и прямого переноса электрона в пикои наносекундном временном диапазоне. При этом были поставлены следующие конкретные задачи:

1 .Исследовать влияние воздействий, затрагивающих систему водородных связей в РЦ пурпурных бактерий (изотопное замещение Н2О и D20, добавление растворителей, обладающих протон-акцепторными свойствами: ДМСО, глицерин), на скорости и эффективность первичных реакций фотосинтеза.

2.Измерить кинетики фотоиндуцированных реакций в контрольных и модифицированных образцах РЦ (миграция энергии, разделение зарядов, перенос электрона на хинон) в температурном диапазоне 77−300 К. Определить значения энергетических параметров, характеризующих вклады пигмент-пигментных и пигмент-белковых взаимодействий в температурные зависимости скоростей первичных реакций фотосинтеза.

3.Изучить влияние модифицирующих сетку водородных связей агентов на термодинамические характеристики фотоактивных пигментов, в частности, редокс-потенциал первичного донора электрона и сопоставить полученные результаты с изменениями скоростей начальных стадий фототрансформации энергии.

4.Разработать модельную энергетическую схему первичных процессов фотосинтеза в РЦ пурпурной бактерии Rb. sphaeroides, учитывающую структурно-динамические свойства водно-белкового окружения кофакторов в реализации высокой эффективности фотосинтетического преобразования световой энергии. 8.

Выводы.

1 .Температурные зависимости констант скоростей первичных процессов фотосинтеза — разделения зарядов и переноса электрона на Qa — наиболее адекватно описывается в рамках теории, учитывающей взаимодействие кофакторов с ближайшим водно-белковым окружением.

2.Модификация водородных связей в РЦ изотопным замещением НгО на D2O и введением криопротекторов приводит к значительному уменьшению скоростей первичных реакций фотосинтеза: миграции энергии, разделения зарядов и переноса электрона на хинонный акцептор. Эти эффекты хорошо описываются в рамках кинетической схемы фотоиндуцированных реакций, особенностью которой является введение релаксационных процессов, предшествующих реакциям переноса электрона.

3.Изменение окислительно-восстановительного потенциала первичного донора электрона в результате модификации РЦ дейтерированием или добавлением криопротекторов не коррелирует с соответствующим изменением скоростей первичных процессов фотосинтеза. Уменьшение функциональной активности модифицированных РЦ вызвано воздействием на систему водородных связей, в результате которого замедляются процессы реорганизации среды, включающие поляризацию лёгких водородсодержащих групп в интерьере донора и акцептора, что приводит к снижению скорости и эффективности реакций преобразовании энергии в РЦ.

4.Из экспериментов, выполненных на РЦ, лишенных Н-субъединицы следует, что релаксационные процессы, сопровождающие первичные стадии фотосинтеза, не являются локальными в окрестностях кофакторов, а могут охватывать значительные области, содержащие водородные связи.

5.Водородные связи в окрестностях кофакторов активно реагируют на появление неравновесных состояний переносчиков, способствуя их сольватации. В результате формируются оптимальные энергетические конформации (начальные и конечные состояния РЦ), способствующие реализации высокоэффективных прямых фотосинтетический реакций и препятствующие обратным процессам. л 88.

Заключение

.

Выяснение механизмов высокоэффективного преобразования световой энергии в фотосинтетических реакционных центрах давно привлекает внимание исследователей. Диссертационная работа посвящена изучению влияния структурно-динамического состояния водно-белкового компонента РЦ пурпурных бактерий на начальные стадии трансформации световой энергии. Многочисленные исследования позволяют заключить, что белковые субъединицы РЦ играют важную роль в обеспечении высокой эффективности первичных реакций фотосинтеза, создавая оптимальные условия для взаимодействия пигментов. Кроме того, присутствующие в белке заряженные аминокислотные остатки и полярные группы могут взаимодействовать с донором и акцептором электрона, изменяя энергию начального и конечного состояний реагирующих молекул.

Высокий квантовый выход (>95%) происходящих в РЦ реакций первичного разделения зарядов и последующего переноса электрона на хинонный акцептор QA объясняется тем, что эти процессы осуществляется через ряд промежуточных состояний РЦ, в которых скорости прямых процессов значительно выше, чем скорости обратных. Принято считать, что в этих реакциях существенное значение имеют молекулярные релаксационные процессы, в результате которых происходит подстройка уровней энергии для безактивационного прямого переноса электрона от фотоактивного пигмента и формируются барьеры, препятствующие рекомбинации разделенных зарядов в результате рассогласования энергетических уровней начального и конечного состояний после переноса электрона. Диссипация части электронной энергии за счет электронно-колебательных взаимодействий происходит за 10″ 12−10″ 13 с с возбуждением колебательных акцептирующих мод белка в пигмент-белковом комплексе.

Исследование первичных реакций фотосинтеза проводились на препаратах РЦ, полученных из фотосинтетической бактерии Rb. sphaeroides. Основное внимание в работе уделялось установлению роли водно-белкового окружения фотосинтетических пигментов в реализации необратимого высокоэффективного преобразования световой энергии. Для этого эксперименты выполняли на образцах, подвергнутых направленной.

80 модификации путем изотопного замещения НгО на D20 и внедрению в водно-белковую среду РЦ апротонного криорастворителя ДМСО. Методом пикосекундной абсорбционной спектроскопии измерялась эффективность модифицирующих воздействий на процессы миграции энергии, разделения зарядов и дальнейшего транспорта электрона на первичный хинонный акцептор QA. Экспериментальные измерения кинетических кривых проводились в диапазоне температур от 77 до 300 К, что дало возможность определить температурные зависимости констант скоростей процессов миграции энергии, разделения зарядов и переноса электрона на QA для контрольных и модифицированных ДМСО образцов РЦ Rb. sphaeroides. Для более детального понимания механизма влияния химических агентов (ДМСО и др.) на скорости протекающих в РЦ реакций были проанализированы изменения термодинамических характеристик фотоактивных пигментов, в частности, редокс-потенциала первичного донора электрона. Также в работе было исследовано влияние модифицирующих воздействий (добавление ДМСО и замещение Н2О на D2O) на комплексы РЦ Rb. sphaeroides с экстрагированной Н-субъединицей.

Анализ наблюдаемых функциональных эффектов показал, что модификация образцов (замещением Н2О на D20 и добавлением ДМСО) уменьшает значения констант кт, ке ~ в 2 раза, kQ ~ в 3 раза. Для определения констант скоростей использовалась кинетическая схема, согласно которой переносу электрона от донора к акцептору предшествуют процессы быстрой релаксации, связанные с переориентацией лёгких белковых групп и водородных связей под действием электрического поля разделённых зарядов При понижении температуры до 77 К как в контрольных, так и в модифицированных препаратах кт уменьшается ~ в 1.8 раза. В противоположность этому при охлаждении наблюдается аномальный рост значений ке, kQ ~ в 2−2.5 раза. Температурная зависимость константы скорости миграции энергии кт от Бффм к Р описана в рамках теории Ферстера.

Для объяснения температурной зависимости констант ке и kQ использована модель Какитани и Какитани, в которой основной вклад в температурную зависимость констант скоростей электронного транспорта дает изменение заселенности колебательных состояний белковой матрицы. Вычислены значения параметров, описывающих температурную зависимость скоростей ке и kQ. Модификация РЦ ДМСО,.

81 очевидно, приводит к увеличению жесткости внутримолекулярных связей в белковом окружении кофакторов электронного переноса, что может быть причиной уменьшения скоростей первичного разделения зарядов и переноса электрона.

При исследовании влияния дейтерирования, добавления глицерина и диметилсульфоксида (ДМСО) на редокс-потенциал Ет бактериохлорофилла специальной пары было обнаружено отсутствие корреляции между степенью влияния одного и того же модифицирующего воздействия (изотопное замещение, добавлении ДМСО, глицерина) на величину Ет первичного донора электрона и на скорости процессов преобразования энергии в РЦ. Так, замещение Н2О—"D20 не изменяет величину потенциала Ет специальной пары, тогда как добавление 70% глицерина или 35% ДМСО (по объему) увеличивает значение Ет на 30 и 45 тВ, соответственно. Константы скоростей миграции энергии кт, разделения зарядов ке и переноса электрона на хинон kg не изменялись при добавлении глицерина, изотопное замещение и добавление ДМСО увеличивало значения кт, ке, kQ в 2−3 раза.

Проведенный теоретический анализ влияния факторов диэлектрического окружения на потенциал редокс-центра показал, что при внедрении криорастворителей в структуру РЦ Ет переносчиков электрона изменяется примерно на одну и ту же величину. Следовательно, разность редокс-потенциалов донора и акцептора изменяется в конечном итоге мало, не оказывая заметного влияния на скорость переноса электрона между ними. Это свидетельствует о существенной роли других факторов, таких как быстрая конформационная релаксация белковой глобулы, на изменение скорости протекающих в РЦ реакций при изотопном замещении Н2О—^БгО и введении криорастворителей, способных частично замещать воду в этих пигмент-белковых комплексах. Вероятными участниками рассматриваемых процессов быстрой релаксации могут быть молекулы связанной воды, легкие полярные группы белка т. е. конкретная «мишень» для использовавшихся модифицирующих воздействий. т о п.

Именно благодаря быстрой (10″ - 10″ с) конформационной релаксации белковой молекулы, сопровождающейся перераспределением электронной плотности, и ориентационной поляризации водородных связей, происходит понижение электронного уровня донора электрона, сопровождаемое расходованием части энергии электронного возбуждения АЕ ~ 0.05 эВ [5,186]. Потеря части энергии сильно понижает вероятность обратных реакций (выброс энергии возбуждения Р2 в антенну, рекомбинация.

разделенных зарядов). Эти же релаксационные процессы способствуют возникновению оптимального взаимного расположения уровней начального и конечного состояний переносчиков электрона для донор-акцепторного взаимодействия, в результате чего создаются условия для необратимого переноса электрона по электрон-транспортной цепи фотосинтеза в пикосекундном временном диапазоне. к.

Из измерений значения константы скорости миграции энергии km Бффм-т—"Р, выполненных в данной работе (Табл. 2), а также в предыдущих исследованиях [10,182],.

12 1 следует, что при комнатной температуре в контрольных препаратах кт=0.39−10 с", после замещения H20-«D20 и добавления ДМСО значение кт уменьшается до.

О.ЗМО12 с" 1. Другими словами, время жизни возбужденного состояния Нм составляет 2.6 пс в контрольных образцах и 3.2 пс в препаратах, модифицированных дейтерированием и добавлением ДМСО. Так как время поляризационных перестроек в.

19 13 окружении молекулы Н (сдвиг протонов воды) составляет 10″ 10″ с, следует ожидать, к что процессу миграции энергии Бффм-Ш->Р будет предшествовать стадия сольватации Бффм, как результат взаимодействия электрического поля^гиг *^т фотоиндуцированного диполя Бффм со средой: (Бффм)—т >(Бффм)г-«Р.

Здесь ктг — константа скорости релаксации среды вблизи Бффм, вызванной возникновением возбужденного состояния Бффм. По этим же причинам и процессам переноса электрона P*IQa—>P + IQA и P+I Qa—> Р должны предшествовать стадия сольватации первоначально образованных состояний с к * -ь ~ ^Orь.

разделенными зарядами: (Р IQA) i-ej—>(Р IQa) i-hP I Qa——"(P I Qa) f, где ker + ~ и iqy — скорости реакций среды на появление состояний Р и Р I, соответственно. Как показано в работах [7,8,10,151,181,182], после модификации РЦ дейтерированием и добавлением ДМСО время жизни первичной ион-радикальной пары Р+1 увеличивается от 150−200 пс до 600−800 пс. Для объяснения этого эффекта был введен.

83 процесс релаксации (сольватации) начального состояния первичной ион-радикальной пары (Р +1)j + т-ч kQr. +.

Р I) г. К аналогичному заключению о существовании начального и конечного состояний первичной ион-радикальной пары Р + 1 пришли и авторы работы [204]. По оценкам [204] начальное состояние Р I образуется в результате переноса электрона от Р2 за ~5 пс, которое затем релаксирует в состояние (Р+1)г за ~22 пс. Таким образом, процессы релаксации (сольватации), связанные с взаимодействием электрического поля диполя возбужденного состояния пигмента.

Бффм), состояния с разделенными зарядами (Р+мР~ь)* и ион-радикальной пары Р +1 со средой предшествуют наблюдаемым процессам миграции энергии, разделения зарядов и переноса электрона на хинон Qa.

А В.

Р+БСГ.

1.3″ .

0.1.

Гг, г.

Р*ВСГ cm cm е 0.2 х Г.

1 ;

•п г.

1.12.

Рис. 19. Схема событий в РЦ: А-для контрольных образцовВ-для модифицированных образцов.

На основании результатов, полученных в данной работе, предлагается следующая схема (рис.19), представляющая последовательность фотосинтетических реакций в РЦ пурпурных бактерий. Известно, что в нативных условиях перенос электрона от специальной пары Р* к бактериофеофитину I происходит с участием молекулы мономерного бактериохлорофилла Bl, пространственно локализованного в РЦ между Р.

84 и I. Следовательно, процесс разделения зарядов и перенос электрона на молекулу бактериофеофитина I можно представить в следующем виде:

P*BLI Р+ВЦ —P+BLr При этом считается, что xi «3 пс, тг ~ 0,9 пс, а состояние B~l не регистрируется спектрально-кинетическими методами.

Согласно предлагаемой схеме, после светового возбуждения фотоактивного пигмента РЦ в момент времени t = 0 возникает начальное неравновесное возбуждённое состояние первичного донора электрона Р*, свободная энергия AG которого составляет ~1.37эВ. При этом разность свободных энергий состояний Р* и P+B~L порядка 0.60.8 эВ, a AG (P* - (Р+Г)г) «0.25 эВ [205]. В результате быстрого отклика среды (~250фс[1]), состоящего, например, в смещении протонов в поле диполя Р* энергетический уровень Р* понижается на «0.05 эВ и переходит в состояние Р*, из которого и происходит разделение зарядов между молекулами Р* и BL.

Процесс релаксации Р* —" Р* является исключительно важным для обеспечения высокой (-100%) эффективности первичных реакций фотосинтеза. Действительно, в хроматофорах пурпурной бактерии Rb. sphaeroides длинноволновые формы светособирающего бактериохлорофилла и первичного донора электрона Р имеют одинаковый длинноволновый максимум спектра поглощения — 870 нм. При этом длинноволновые формы светособирающего бактериохлорофилла образуют кольцо из 24 молекул Бхл870 вокруг Р870 [206,207]. В такой системе должны наблюдаться многократные прямые и обратные перескоки возбуждения Бхл870 •" — Р870, что неизбежно приведёт к уменьшению эффективности реакции разделения зарядов за счет нефотохимических потерь. Сольватация понижает энергетический уровень состояния Р* на ~ 0.05 эВ, уменьшая тем самым вероятность выброса возбуждения из РЦ обратно в антенну в ~ 10 раз. С другой стороны, после релаксации уровни конечного состояния Р* и P+B~L оказываются изоэнергетическими. В этой ситуации вполне вероятно существование многократных процессов разделения (P*Bl —" Р+В1) и рекомбинации (Р+В1 -" P*Bl) зарядов. Возможно, именно по этой причине в нативных РЦ состояние P+B~L не регистрируется, а время реакции P*BL Т] > Р+В1 аномально велико по сравнению с временем (хг ~ 1 пс) следующего этапа переноса электрона к бактериофеофитину I.

Как показывают оценки, после модификации сетки водородных связей в окрестностях кофакторов РЦ путем изотопного замещения Н20 —"D2O или добавлением ДМСО доля энергии, расходуемая на релаксацию начального состояния Р*, составляет 0.07−0.1 эВ. Как следствие, понижение энергетического уровня отрелаксированного состояния специальной пары Р г в модифицированных РЦ оказывается ниже состояния Р+В1 (рис. 19В). в результате оптимальное энергетическое соответствие начального и конечного состояний нарушается, соответствующим образом падает и скорость образования состояния Р+Г, что и наблюдается в эксперименте.

После переноса электрона на I образуется также неравновесное начальное состояние (Р+Г)ь вызывающее отклик среды на его появление. Этот отклик будет тем значительнее, чем больше время жизни ион-радикальной пары (Р+Г)ь.

Действительно, нами [208] было установлено, что в контрольных образцах РЦ кинетика рекомбинации зарядов (с учетом временного разрешения спектрометра) моноэкспоненциальна с х" 11 не. При этом разность свободных энергий между состояниями Р* и (Р+Г)г AG"0.2 эВ. Мы считаем, что в нативных РЦ релаксация состояния (P+I~)j происходит значительно быстрее, чем временное разрешение абсорбционного спектрометра (~ 3 пс), и кинетика рекомбинации оказывается близкой к моноэкспоненциальной с т «11 не. В модифицированных РЦ кинетика рекомбинации состояния Р+Г становится двухкомпонентной с Т] ~ 1.0 не и тг «11 не. Очевидно, в модифицированных препаратах РЦ скорость релаксации состояния (P+I~)i замедляется, а появление быстрого компонента с х ~ 1.0 не отражает рекомбинацию зарядов из неотрелаксированного состояния ион-радикальной пары (Р+Г),. Из сравнения значений т «1.0 не, Т2» 11 не и величины свободной энергии уровня (Р+Г)г ДС = 0,20эВ нетрудно получить значение AG для уровня (Р+Г)-, которое составит ~ 0.13−0.14 эВ. Очевидно, реальная кинетика рекомбинации будет представлять собой непрерывный спектр компонентов от самого быстрого (~ 1 не) до самого медленного (-11 не). Представленные результаты исследования процесса рекомбинации зарядов в нативных и модифицированных РЦ в условиях, когда перенос электрона на хинон QA блокирован, служат хорошим экспериментальным подтверждением предлагаемой в работе энергетической схемы (рис.19) фотоиндуцированных реакций в РЦ пурпурной бактерии 6.

Rb. sphaeroides.

Таким образом, заряженные атомы (протоны) или группы атомов в окрестности кофакторов активно реагируют на появление неравновесных состояний переносчиков электрона, участвуя в их сольватации. В нативных условиях процессы сольватации способствуют формированию оптимальных энергетических конфигураций для высокоэффективных прямых фотосинтетических реакций. Нарушение энергетического соответствия, вызванное либо изменениями структуры молекул кофакторов РЦ (мутагенез), либо состояния среды (модификация Н-связей) приводит к замедлению скоростей прямых реакций и уменьшению их эффективности.