Дипольный момент перехода S0 → S1 хлорофилла a в растворителях с различным индексом рефракции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведен расчет зависимости дипольного момента перехода S0 → S1 хлорофилла a от величины индекса рефракции n растворителя. Проанализированы взаимодействия между электрическим полем световой волны, электронным переходом пигмента в возбужденное состояние и диэлектрической поляризацией оптической среды. Эффект реактивного увеличения переходного дипольного момента молекулы хлорофилла a в растворителях с различной величиной индекса рефракции рассчитан в рамках нестационарной теории функционала плотности (TD–DFT) с использованием гибридного функционала LC-ωPBE и модели поляризуемого континуума. Расчеты ab initio аппроксимированы моделью реактивного поля Онзагера с эффективной поляризуемостью хлорофилла равной 21 Å3. Модель количественно описывает экспериментальную зависимость коэффициента экстинкции хлорофилла a в растворителях с индексом рефракции 1.3 < n < 1.7. В белковом окружении с индексом рефракции n = 1.4 величина дипольного момента перехода хлорофилла составляет 5.5 Д. Для этого окружения было рассчитано распределение электростатического потенциала в основном и возбужденном состояниях хлорофилла; расчеты ab initio аппроксимированы набором парциальных переходных зарядов, расположенных на тяжелых атомах π-сопряженной системы молекулы хлорофилла.

Об авторах

Д. А. Черепанов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: cherepanov@belozersky.msu.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

Г. Е. Милановский

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: cherepanov@belozersky.msu.ru
Россия, Москва

А. В. Айбуш

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: cherepanov@belozersky.msu.ru
Россия, Москва

В. А. Надточенко

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: cherepanov@belozersky.msu.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

Список литературы

  1. Mirkovic T., Ostroumov E.E., Anna J.M. et al. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 2. P. 249; https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00002
  2. Zucchelli G., Jennings R.C., Garlaschi F.M. et al. // Biophys. J. 2002. V. 82. № 1. P. 378; https://doi.org/10.1016/S0006-3495(02)75402-7
  3. Madjet M.E., Abdurahman A., Renger T. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. № 34. P. 17268;. https://doi.org/10.1021/jp0615398
  4. Seely G.R., Jensen R.G. // Spectrochim. Acta. 1965. V. 21. № 10. P. 1835; https://doi.org/10.1016/0371-1951(65)80095-9
  5. Houssier C., Sauer K. // J. Amer. Chem. Soc. 1970. V. 92. № 4. P. 779; https://doi.org/10.1021/ja00707a007
  6. Colbow K. // BBA – Bioenerg. 1973. V. 314. № 3. P. 320; https://doi.org/10.1016/0005-2728(73)90116-3
  7. Shipman L.L., Cotton T.M., Norris J.R., Katz J.J. // J. Amer. Chem. Soc. 1976. V. 98. № 25. P. 8222; https://doi.org/10.1021/ja00441a056
  8. Linke M., Lauer A., Von Haimberger T. et al. // Ibid. 2008. V. 130. № 45. P. 14904; https://doi.org/10.1021/ja804096s
  9. Shipman L.L. // Photochem. Photobiol. 1977. V. 26. № 3. P. 287; https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1977.tb07486.x
  10. Knox R.S. // Ibid. 2003. V. 77. № 5. P. 492; https://doi.org/10.1562/0031-8655(2003)0770492-daosoc2.0.co2
  11. Oviedo M.B., Sánchez C.G. // J. Phys. Chem. A. 2011. V. 115. № 44. P. 12280; https://doi.org/10.1021/jp203826q
  12. Khokhlov D., Belov A. // Biophys. Chem. 2019. V. 246. P. 16; https://doi.org/10.1016/j.bpc.2019.01.001
  13. Birge R.R., Sullivan M.J., Kohler B.E. // J. Amer. Chem. Soc. 1976. V. 98. № 2. P. 358; https://doi.org/10.1021/ja00418a007
  14. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A.V., Bloino J., Janesko B.G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H.P., Ortiz J.V., Izmaylov A.F., Sonnenberg J.L., Williams-Young D., Ding F., Lipparini F., Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T. // Gaussian 16. Rev. C. 01. Wallingford CT: Gaussian Inc., 2016.
  15. Yanai T., Tew D.P., Handy N.C. // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 393. № 1–3. P. 51; https://doi.org/10.1016/j.cplett.2004.06.011
  16. Henderson T.M., Izmaylov A.F., Scalmani G., Scuseria G.E. // J. Chem. Phys. 2009. V. 131. № 4. P. 044108; https://doi.org/10.1063/1.3185673
  17. Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. // Chem. Rev. 2005. V. 105. № 8. P. 2999; https://doi.org/10.1021/cr9904009
  18. Marenich A. V., Cramer C.J., Truhlar D.G. // J. Phys. Chem. B. 2009. V. 113. № 18. P. 6378; https://doi.org/10.1021/jp810292n
  19. Lu T., Chen F. // J. Comput. Chem. 2012. V. 33. № 5. P. 580; https://doi.org/10.1002/jcc.22885
  20. Черепанов Д.А., Милановский Г.Е., Надточенко В.А., Семёнов А.Ю. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 5.
  21. Chako N.Q. // J. Chem. Phys. 1934. V. 2. № 10. P. 644; https://doi.org/10.1063/1.1749368
  22. Lorentz H.A. The Theory of Electrons. 2nd edn. Leipzig, New York: Dover, 1952.
  23. Onsagbr L. // J. Amer. Chem. Soc. 1936. V. 58. № 8. P. 1486; https://doi.org/10.1021/ja01299a050
  24. Fröhlich H. Theory of Dielectrics: Dielectric Constant and Dielectric Loss. Oxford: Clarendon Press, 1949.
  25. Böttcher C.J.F., van Belle O.C., Bordewijk P., Rip A. Theory of electric polarization. 2nd ed. V. 1. Dielectrics in static fields. Amsterdam, New York: Elsevier Scientific Pub. Co, 1974.
  26. Mulliken R.S., Rieke C.A. // Rep. Prog. Phys. 1941. V. 8. № 1. P. 231; https://doi.org/10.1088/0034-4885/8/1/312
  27. Pickett L.W., Paddock E., Sackter E. // J. Amer. Chem. Soc. 1941. V. 63. № 4. P. 1073; https://doi.org/10.1021/JA01849A051/ASSET/JA01849-A051.FP.PNG_V03
  28. Jacobs L.E., Platt J.R. // J. Chem. Phys. 1948. V. 16. № 12. P. 1137; https://doi.org/10.1063/1.1746745
  29. Neporent B.S., Bakhshiev N.G. // Opt. Spectrosc. 1958. V. 5. № 634. P. 1954.
  30. Moffitt W., Moscownz A. // J. Chem. Phys. 1959. V. 30. № 3. P. 648; https://doi.org/10.1063/1.1730025
  31. Bakhshiev N.G., Girin O.P., Libov V.S. // Opt. Spectrosc. 1963. V. 14. P. 255.
  32. Lorenz L. // Ann. Phys. 1880. V. 247. № 9. P. 70; https://doi.org/10.1002/andp.18802470905
  33. Pacak P. // J. Solut. Chem. 1987. V. 16. № 1. P. 71; https://doi.org/10.1007/BF00647016
  34. Bakhshiev N.G. // Opt. Spectrosc. 1958. V. 5. № 646. P. 1954.
  35. Schuyer J. // Recl. des Trav. Chim. des Pays-Bas. 1953. V. 72. № 11. P. 933; https://doi.org/10.1002/recl.19530721104
  36. Bakhshiev N.G., Girin O.P., Libov V.S. // Opt. Spectrosc. 1963. V. 14. P. 395.
  37. Liptay W. // Z. Naturforschg. A. 1966. V. 21. № 10. P. 1605; https://doi.org/10.1515/zna-1966-1010
  38. Weigang O.E. // J. Chem. Phys. 1964. V. 41. № 5. P. 1435; https://doi.org/10.1063/1.1726086
  39. Хохлова С.С., Михайлова В.А., Иванов А.И. // Хим. физика. 2007. Т. 26. № 7. С. 27.
  40. Karakas A., Ceylan Y., Karakaya M. et al. // Open Chem. 2018. V. 16. № 1. P. 1242; https://doi.org/10.1515/chem-2018-0134
  41. Knox R.S., van Amerongen H. // J. Phys. Chem. B. 2002. V. 106. № 20. P. 5289; https://doi.org/10.1021/jp013927+
  42. Knox R.S., Spring B.Q. // Photochem. Photobiol. 2003. V. 77. № 5. P. 497; https://doi.org/10.1562/0031-8655(2003)0770497-dsitc2.0.co2
  43. Adolphs J., Müh F., Madjet M.E.A. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 2010. V. 132. № 10. P. 3331; https://doi.org/10.1021/ja9072222
  44. Novoderezhkin V.I., Palacios M.A., Van Amerongen H., Van Grondelle R. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. № 20. P. 10493; https://doi.org/10.1021/jp044082f
  45. Adolphs J., Müh F., Madjet M.E.A., Renger T. // Photosynth. Res. 2008. V. 95. № 2–3. P. 197; https://doi.org/10.1007/s11120-007-9248-z
  46. Krawczyk S. // BBA – Bioenerg. 1991. V. 1056. № 1. P. 64; https://doi.org/10.1016/S0005-2728(05)80073-8
  47. Altmann R.B., Haarer D., Renge I. // Chem. Phys. Lett. 1993. V. 216. № 3–6. P. 281; https://doi.org/10.1016/0009-2614(93)90095-I
  48. Хохлова С.С., Михайлова В.А., Иванов А.И. // ЖФХ. 2008. Т. 82. № 6. С. 1161.
  49. Van Manen H.J., Verkuijlen P., Wittendorp P. et al. // Biophys. J. 2008. V. 94. № 8. P. L67; https://doi.org/10.1529/biophysj.107.127837
  50. Vörös J. // Biophys. J. 2004. V. 87. № 1. P. 553; https://doi.org/10.1529/biophysj.103.030072
  51. Zölls S., Gregoritza M., Tantipolphan R. et al. // J. Pharm. Sci. 2013. V. 102. № 5. P. 1434; https://doi.org/10.1002/jps.23479
  52. Byrdin M., Jordan P., Krauss N. et al. // Biophys. J. 2002. V. 83. № 1. P. 433; https://doi.org/10.1016/S0006-3495(02)75181-3
  53. Yang M., Damjanović A., Vaswani H.M., Fleming G.R. // Ibid. 2003. V. 85. № 1. P. 140; https://doi.org/10.1016/S0006-3495(03)74461-0
  54. Akhtar P., Caspy I., Nowakowski P.J. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 2021. V. 143. № 36. P. 14601; https://doi.org/10.1021/jacs.1c05010
  55. Kimura A., Kitoh-Nishioka H., Aota T., et al. // J. Phys. Chem. B. 2022. V. 126. № 22. P. 4009; https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c00869
  56. Philipson K.D., Cheng Tsai S., Sauer K. // J. Phys. Chem. 1971. V. 75. № 10. P. 1440; https://doi.org/10.1021/J100680A013/ASSET/J100-680A013.FP.PNG_V03

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (114KB)
Метаданные
3.

Скачать (64KB)
Метаданные
4.

Скачать (213KB)
Метаданные

© Д.А. Черепанов, Г.Е. Милановский, А.В. Айбуш, В.А. Надточенко, 2023