Applicability of the protein environment equilibrium approximation for describing ultrafast biophysical processes

Abstract

Теоретическое описание сверхбыстрых процессов в биологических системах, в частности переноса электрона в фотосинтетических реакционных центрах, является важной задачей современной биологической физики. В силу того что эти процессы протекают в белковой среде, с которой возможен обмен энергией, для их описания необходимо применять методы квантовой теории открытых систем. Однако из-за высокой скорости и специфики белкового окружения основополагающие приближения теории могут не выполняться. Изучена применимость приближения неизменности состояния белкового окружения (термостата) для диссипативной динамики переноса заряда между молекулами-пигментами, входящими в состав реакционных центров. Для этого использованы модельные системы, параметры которых близки к реальным. Сделан вывод о том, что данное приближение справедливо для описания как монотонной, так и осциллирующей динамики реакционной подсистемы в крупных биологических молекулах. Рассмотрены различные механизмы термализации термостата и показано, что термализация термостата происходит не за счет внутримолекулярного перераспределения колебательной энергии в нем, а только за счет его взаимодействия с реакционной подсистемой.