Протяжённые электронные состояния в белках. Обзор исследований по годам

989-1990. Сформулирована математическая модель для описания поляронных состояний в двухслойной и трехслойной модели белковой глобулы. Проведен расчет электронных спектров в двухслойной и трехслойной модели.

   1990-1991. Введенные представления о протяженных состояниях большого радиуса позволяют совершенно по-новому взглянуть на проблему переноса электрона на большие расстояния. Согласно результатам расчётов, радиус первого возбужденного самосогласованного состояния сравним с размером глобулы, т.е. в формировании такого состояния принимает участие вся глобула. Если акцептор находится в близости от глобулы и протяженное самосогласованное состояние близко по энергии к какому-либо из электронных состояний акцептора, то в этом случае представление об электроне, принадлежащем глобуле или акцептору по отдельности, теряет смысл. В случае, когда акцептор расположен на большом расстоянии от глобулы, принципиальную важность играет величина туннельного матричного элемента L. Для состояний большого радиуса его величина может на несколько порядков превышать значения L для состояний малого радиуса.
На основании анализа экспериментальных данных выявлена роль поляризационных колебаний диэлектрического континуума. Взаимодействие электрона с такими колебаниями может определять не только механизм переноса электрона, но формировать само электронное состояние, образовывая состояние нового (“поляронного”) типа. Такие состояния, получившие название протяжённых электронных состояний, активно исследуются в последнее время с использованием в качестве модели глобулы – модели диэлектрической полости. На основании этой модели проведены расчеты вероятности туннелирования электрона в реакции самообмена cyt С. Расчеты энергии реорганизации, матричного элемента, его зависимости от расстояния, а также скорости переноса электрона удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Показано, что несмотря на всю свою “грубость” предложенная модель адекватно описывает эксперементальные данные по переносу электрона. Это позволяет надеяться на перспективность применения данной модели в других экспериментально значимых расчетах.

   1991-1992. Проведен расчет и анализ основных характеристик протяженных электронных состояний для белковой глобулы. Для однослойной и двухслойной моделей “dielectric cavity” численно найдены зависимости энергии основных состояний электронов, полных энергий, радиусов состояний и энергий реорганизации среды от параметров модели – радиусов глобулы и диэлектрических проницаемостей глобулы (как статических, так и высокочастотных). Аналогичный расчет проделан для первого возбуждённого самосогласованного состояния белковой макромолекулы. Рассчитаны линии спектрального поглощения для переходов, обладающих наибольшей силой осциллятора. Из сравнения рассчитанных спектров и экспериментов по поглощению света для азуринов сделан вывод, что спектры поглощения могут быть удовлетворительно описаны, если диэлектрическую постоянную внутреннего слоя выбрать равной 4 (e=4). Сделан вывод о возможности полосы люминесценции возбуждённой макромолекулы азурина в ближнем ИК-диапазоне.

   1992-1997. Получены первые результаты для основного состояния электрона в белковой глобуле с нецентральным расположением атома металла. Рассчитано пространственное распределение электронной плотности и энергия электронного состояния в белке.

   1997-1999. Основным направлением исследований СКМС была работа по моделированию протяжённых электронных состояний и переноса электрона на большое расстояние в белках и кластерах.

   1999-2005. Развита теория и проведены расчеты протяженных электронных состояний в химических и биологических системах (белках, ДНК, кластерах, жидкостях). Дан критический анализ применимости модели протяженных электронных состояний для описания межбелкового переноса электрона и проведен расчет скорости переноса между белками в водных растворах.