Спектральные проявления водородного связывания бактериохлорофилла с различными полярными растворителями (2024)
Исследовано взаимодействие бактериохлорофилла с различными полярными растворителями, такими как вода, метанол, этанол и изопропанол. Проведены расчеты с использованием программного пакета Gaussian и базиса 6-31G (d) для определения структуры бактериохлорофилла и свойств его водородных связей. Полученные результаты подтверждают значимость водородных связей при взаимодействии бактериохлорофилла е с полярными растворителями. Данные растворители чаще всего используются для экстракции бактериохлорофиллов из бактериальных клеток, поэтому настоящая работа полезна для разработки методов количественного определения бактериохлорофилла e в бактериальных клетках или в водоёмах.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.61011/OS.2024.04.58214.36-24
Бактериохлорофиллы — группа фотосинтезирующих тетрапиррольных пигментов, способных поглощать свет в ближней инфракрасной (ИК) области спектра, что выходит за пределы диапазона поглощения обычного хлорофилла [1]. Это свойство особенно полезно в водной среде, где свет более длинных волн проникает глубже. Фотосинтез бактерий с использованием бактериохлорофилла (BChl) обычно не производит кислород в качестве
побочного продукта в отличие от кислородного фотосинтеза, который осуществляют растения [1]. Существуют несколько различных типов BChl, обозначаемых буквами от a до g, каждый из которых имеет немного отличающуюся структуру и встречается у разных групп бактерий [2]. Эти адаптации придают каждому типу уникальный спектр поглощения, что позволяет фотосинтезирующим бактериям существовать в различных экологических нишах с разнообразными световыми условиями. В настоящей работе будем рассматривать BChl e и его взаимодействие с полярными растворителями, такими как вода, метанол, этанол и изопропанол.
Список литературы
- J. Glaeser, L. Baneras, H. Rutters, J. Overmann. Arch. Microbiol., 177, 475-485 (2002). DOI: 10.1007/s00203-002-0416-4
- N.W. Qiu, D.C. Jiang, X.S. Wang, B.S. Wang, F. Zhou. Photosynthetica, 57 (4), 974-984 (2019). DOI: 10.32615/ps.2019.116
- N.-U. Frigaard, D.A. Bryant. Complex Intracellular Structures in Prokaryotes (Springer, Berlin, 2006), p. 79-114. DOI: 10.1007/7171_021
- N.U. Frigaard, A.G.M. Chew, J.A. Maresca, D.A. Bryant. Chlorophylls and Bacteriochlorophylls (Springer, Dordrecht, 2006), p. 201-221. DOI: 10.1007/1-4020-4516-6_15
- A.G. Yakovlev, A.S. Taisova, V.A. Shuvalov, Z.G. Fetisova. Biophys. Chemistry, 240, 1-8 (2018). DOI: 10.1016/j.bpc.2018.05.004
- T. Miyatake, H. Tamiaki. J. Photochem. Photobiol. C, 6, 89-107 (2005). DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2005.06.001
- J. Psenci k, M. Torkkeli, A. Zupcanova, F. Vacha, R.E. Serimaa, R. Tuma. Photosynth. Res., 104, 211-219 (2010). DOI: 10.1007/s11120-010-9541-0
- G.T. Oostergetel, H. Amerongen, E.J. Boekema. Photosynth. Res., 104, 245-255 (2010). DOI: 10.1007/s11120-010-9533-0
- A.A. Жильцова, O.A. Филиппова, E.Д. Краснова, Д.A. Воронов, С.В. Пацаева. Опт. и спектр., 131 (6), 817-824 (2023). DOI: 10.21883/OS.2023.06.55916.108-23
- П.С. Емельянцев, А.А. Жильцова, Е.Д. Краснова, Д.А. Воронов, В.В. Рымарь, С.В. Пацаева. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон., 75 (2), 25 (2020). [P.S. Emeliantsev, A.A. Zhiltsova, E.D. Krasnova, D.A. Voronov, V.V. Rymar, S.V. Patsaeva. Moscow University Physics Bulletin, 75 (2), 137 (2020). DOI: 10.3103/S0027134920020046]
- A.A. Zhiltsova, E.D. Krasnova, D.A. Voronov, G.N. Losyuk, N.M. Kokryatskaya, S.V. Patsaeva. Proc. SPIE, 12192, 121920K (2022). DOI: 10.1117/12.2626191
- W. Kohn. Rev. Mod. Phys, 71 (5), 1253-1265 (1999). DOI: 10.1103/RevModPhys.71.1253 [В. Кон. УФН, 172 (3), 336?348 (2002). DOI: 10.3367/UFNr.0172.200203e.0336]
- A.D. Becke. J. Chem. Phys., 98 (7), 5648-5652 (1993). DOI: 10.1063/1.464913
- M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, J.R. Cheeseman, J.A. Montgomery, Jr.T. Vreven, K.N. Kudin, J.C. Burant, J.M. Millam, S.S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G.A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J.E. Knox, H.P. Hratchian, J.B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R.E. Stratmann, O. Yazyev, A.J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J.W. Ochterski, P.Y. Ayala, K. Morokuma, G.A. Voth, P. Salvador, J.J. Dannenberg, V.G. Zakrzewski, S. Dapprich, A.D. Daniels, M.C. Strain, O. Farkas, D.K. Malick, A.D. Rabuck, K. Raghavachari, J.B. Foresman, J.V. Ortiz, Q. Cui, A.G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B.B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R.L. Martin, D.J. Fox, T. Keith, M.A. Al-Laham, C.Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P.M.W. Gill, B. Johnson, W. Chen, W. Wong, C. Gonzalez, J.A. Pople. Gaussian03, Revision B.03 (Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003)
- Avogadro — Free cross-platform molecular editor. [Электронный ресурс]. URLhttps://avogadro.cc/
- H. Yoshida, A. Ehara, H. Matsuura. Chem. Phys. Lett., 325 (4), 477-483 (2000). DOI: 10.1016/S0009-2614(00)00680-1
- H. Yoshida, K. Takeda, J. Okamura, A. Ehara, H. Matsuura. J. Phys. Chem. A, 106 (14), 3580-3586 (2002). DOI: 10.1021/jp013084m
- A.B. Иогансен. Boдopoднaя cвязь (Наука, М., 1981). С. 112-155
- Дж.В. Стид, Дж.Л. Этвуд. Супрамолекулярная химия (Академкнига, М., 2007)
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рентгеновская визуализация в темном поле в последние годы нашла применение в различных областях науки и техники, в том числе в медицине, биологии и материаловедении. Обзор посвящен описанию различных методов рентгеновской темнопольной визуализации. Рассмотрены экспериментальные оптические схемы методов, приемы сбора данных и их обработки, перспективность и ограничения их использования. Особое внимание уделено мультимодальным методам, способным отделить сигнал малоуглового рассеяния от абсорбционного и фазово-контрастного сигнала. Ключевые слова: рентгеновские лучи, визуализация, темное поле, мультимодальные методы, интерферометр Тальбота, кристаллический анализатор, рентгеновская решетка, рентгеновская сетка.
Синтез наноструктур перовскита при комнатной температуре посредством переосаждения в присутствии лигандов позволяет точно контролировать их форму и размеры, а легирование определенными ионами позволяет получить дополнительные полосы фотолюминесценции, открывая возможности для настройки их оптических свойств. Представлены методы синтеза органо-неорганических наноструктур перовскита с различной морфологией при комнатной температуре. Путем подбора типа и соотношения лигандов синтезированы нанокристаллы и нанопластины перовскита с химической формулой FAPbBr3. Обработка предварительно синтезированных нанокристаллов перовскита прекурсором MnCl2 при комнатной температуре позволила получить нанокристаллы Mn2+:FAPbClxBr3-x с излучением в двух различных спектральных диапазонах. Ключевые слова: нанокристаллы перовскита, нанопластины перовскита, легирование, дихлорид марганца, фотолюминесценция.
Теоретически исследовано прохождение униполярного полуциклового импульса через слой неравновесной трехуровневой резонансной среды с разными схемами уровней энергии. Показано, что в такой системе исходный униполярный импульс постепенно трансформируется в биполярный за счет образования осциллирующих хвостов на заднем фронте импульса. В то же время в зависимости от конкретной схемы уровней энергии среды может происходить как усиление, так и затухание основного полуциклового всплеска поля с пройденным расстоянием в среде. При этом во всех случаях выполняется правило сохранения электрической площади, но степень униполярности импульса всегда уменьшается по мере распространения в слое среды. Ключевые слова: предельно короткие импульсы, электрическая площадь импульса, униполярные импульсы, взаимодействие излучения с веществом.
На основе численного решения системы уравнений Максвелла-Блоха проведено сравнение динамики решеток разности населенностей и поляризации среды, моделированных в двух- и трехуровневом приближении. Показано, что решетки также возникают и в трехуровневой среде, однако их динамика качественно не отличается от двухуровневой среды при выбранных параметрах модели. Ключевые слова: решетки разности населенностей, полуцикловые импульсы, аттосекундные импульсы, когерентные эффекты, двухуровневая среда.
Теоретически описан класс однонаправленных осесимметрических локализованных импульсов. Установлена эквивалентность их представлений в виде относительно неискажающихся квазисферических волн, в виде интегралов Фурье-Бесселя и в виде суперпозиции плоских волн с волновыми векторами, имеющими положительные проекции на заданное направление. Ключевые слова: локализованные импульсы, однонаправленные импульсы, точные решения.
Выполнено моделирование эффекта когерентного обратного рассеяния на основе уравнения Бете-Солпитера при учете анизотропии с помощью двух различных фазовых функций. Обнаружено, что с ростом анизотропии индикатрисы однократного рассеяния расчеты с фазовой функцией Рэлея-Ганса приводят к более широким угловым пикам когерентного обратного рассеяния, чем расчеты с фазовой функцией Хеньи-Гринштейна. Моделирование когерентного обратного рассеяния методом Монте-Карло на основе фазовой функции Рэлея-Ганса выполнено впервые. На основе альтернативных фазовых функций исследовано влияние понижения длины пространственной когерентности падающего излучения на форму углового пика когерентного обратного рассеяния. Показано, что с уменьшением длины когерентности обе модели приводят к уширению пика, что может быть использовано в биомедицинской диагностике. Ключевые слова: Когерентное обратное рассеяние, моделирование Монте-Карло, уравнение Бете-Солпитера.
Оптимизированы химический состав и структура фотокатализатора ZnO-SnO2-Fe2O3 для сенсорных и медицинских приложений. Фотокаталитические материалы синтезированы жидкостным полимерно-солевым способом, их структура и химический состав исследованы методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа, оптической и люминесцентной спектроскопии. Полученные композиты состоят из гексагональных кристаллов ZnO, тетрагональных кристаллов SnO2 и шпинели ZnSn2O4. Ширина запрещенной зоны композитов составляет 3.17-3.24 eV. Кинетические зависимости адсорбции органического диазокрасителя Chicago Sky Blue из растворов на поверхности композитов хорошо описываются кинетическими уравнениями как псевдопервого, так и псевдовторого порядков. Кинетика фотокаталитического разложения красителя в растворах под действием как УФ, так и видимого света хорошо описывается кинетическим уравнением первого порядка. Показано, что добавки серебра позволяют заметно повысить адсорбционные и фотокаталитические свойства материалов системы SnO-SnO2-Fe2O3. Ключевые слова: нанокристаллы, гетероструктура, фотокатализ, адсорбция.
Зарегистрированы спектры люминесценции кристалла YAl3(BO3)4:Cr3+ в спектральном диапазоне запрещённых по спину электронных переходов 2E->4A2 в ионах Cr3+ (14550-14700 cm-1) с высоким спектральным разрешением при температурах 4-300 K. Температурные зависимости отношений интегральных интенсивностей линий R2 и R1, а также N’ и N (предположительно линий переходов 2E->4A2 центра Cr3+ в искажённой вследствие близости некоторого дефекта позиции) хорошо соответствуют распределению Больцмана. На измерении этих отношений может быть реализован ратиометрический термометр с максимумами абсолютной чувствительности при температурах 40.3 и 21.6 K и относительной чувствительностью до 12% K-1. Измерение ширины самой интенсивной спектральной компоненты - линии R1 - может быть способом регистрации температуры в диапазоне от 100 K и выше. Ключевые слова: люминесцентная криотермометрия, кристалл YAl3(BO3)4:Cr3+, фурье-спектроскопия высокого разрешения.
Предложено для измерения реакции зрачка глаза на изменение освещенности использовать инфракрасную подсветку, что позволяет разделить функции воздействия на глаз и регистрации его реакции. Создана соответствующая установка, позволяющая измерять диаметр и интегральную площадь зрачка, а также скорость его сужения. Представлены результаты тестирования установки, свидетельствующие о ее технических возможностях. Ключевые слова: оптические измерения, зрение человека, зрачковая реакция глаза.
Микроскопия на основе эффекта твердотельной иммерсии - это метод ближнепольной визуализации, который позволяет преодолеть дифракционный предел Аббе за счет фокусировки светового пучка на малом расстоянии за линзой с высоким показателем преломления. Он обеспечивает высокую энергетическую эффективность благодаря отсутствию каких-либо субволновых зондов или диафрагм в оптическом тракте. Выгодное сочетание сверхразрешения и высокой энергетической эффективности открывает широкие возможности применения данного метода в различных областях науки и техники. Пространственное разрешение микроскопии на основе эффекта твердотельной иммерсии в основном ограничено значением показателя преломления линзы, при этом более оптически плотные линзы обеспечивают более высокое разрешение. В настоящей работе объемный кристалл рутила (TiO2) впервые используется в качестве материала для иммерсионной линзы, которая обеспечивает впечатляющий показатель преломления ~10 в терагерцовом диапазоне. Это самое высокое значение показателя преломления, когда-либо использовавшееся в микроскопии на основе эффекта твердотельной иммерсии. Для создания микроскопа использовались лавинно-пролетный диод в качестве источника непрерывного излучения на частоте 0.2 THz (длина волны λ=1.5 mm) и детектор Голея. Экспериментальные исследования показали, что пространственное разрешение разработанного микроскопа находится в пределах 0.06-0.11λ. Это самое высокое разрешение, когда-либо зарегистрированное для любой оптической системы на основе эффекта твердотельной иммерсии. Ключевые слова: терагерцовые технологии, терагерцовые оптические материалы, рутил, высокий показатель преломления, ближнепольная микроскопия, микроскопия на основе эффекта твердотельной иммерсии, сверхразрешение.
Рассмотрены два метода анализа изображений, полученных с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ): анализ коэффициента ослабления и спекл-структур изображений применительно к дифференциации интактных тканей и опухолей головного мозга крыс. Использована модель глиомы 101.8. Для извлечения информации из спекл-структур был применен метод вейвлетного анализа ОКТ-изображений и посчитана мощность локальных флуктуаций яркости в спеклах. При помощи линейного дискриминантного анализа оценивалась эффективность разработанного подхода, состоящего из двух методов, на основе значений чувствительности, специфичности и точности при дифференциации модели глиомы и интактных тканей. Результаты исследования показали преимущества разработанного метода анализа ОКТ-изображений для нейрохирургии. Ключевые слова: оптический когерентный томограф, глиома, вейвлетный анализ, линейный дискриминант Фишера, спекл-структуры, коэффициент ослабления.
Исследованы спектральные свойства растворенного органического вещества природной воды двух частей искусственно отделенного от Белого моря водоема — губы Канда: морского плеса и меромиктического Федосеевского плеса. Для сравнения проанализированы данные для естественных меромиктических водоемов — озера Елового, Трехцветного, Лагуны на Зеленом мысе. Для проб воды с разных горизонтов получены спектры поглощения, спектры флуоресценции и зависимости квантового выхода флуоресценции от длины волны возбуждения в диапазоне изменения длины волны возбуждения 250−500 nm. Построены зависимости длины волны максимума испускания от длины волны возбуждения и рассчитана величина “ синего сдвига“ — смещения максимума полосы испускания в коротковолновую сторону. Показано, что интенсивность флуоресценции растворенного органического вещества в Федосеевском плесе выше, чем в морском, при этом зависимость квантового выхода флуоресценции от длины волны возбуждения в обеих частях Канда-губы имеет качественно сходный характер, но различается абсолютными значениями.
В естественных меромиктических водоемах эта зависимость имеет аналогичный характер, также различаясь абсолютной величиной квантового выхода флуоресценции, что говорит о разном соотношении ароматических и алифатических органических соединений. Таким образом, выявлены различия в спектрально-оптических свойствах растворенного органического вещества двух частей искусственно отделенного водоема и природных водоемах, изолированных от Белого моря. Спектрально-оптические характеристики водной толщи морских заливов, естественно или искусственно отделенных от основного морского бассейна, могут служить объективным индикатором трофического (экологического) состояния водоема.
Исследованы индукционные изменения флуоресценции листьев растений картофеля и бархатцев после обработки клубней (картофель) и опрыскивания вегетирующих растений (бархатцы) препаратом “ ЭпинЭкстра“ и кремнийсодержащим жидким органическим удобрением “ Силиплант“. Использование этих препаратов позволило компенсировать негативные воздействия на фотосинтетический аппарат растений, связанные с обработкой клубней картофеля фунгицидом “ Максим“, а также выдерживанием растений бархатцев при температуре 5◦С в течение трех суток.
Оценен потенциал применимости мультихромофорного соединения, состоящего из восьми хромофоров 4,4-дифтор-4-бор-3а,4а-диаза-s-индацен (BODIPY), связанных через алифатический спейсер с силоксановым ядром, для мониторинга параметров мембран в живых эукариотических клетках. Указанное соединение обладает значительным сольватохромизмом за счет внутримолекулярных взаимодействий хромофоров.
Обнаружено, что параметры внешней среды существенно влияют на флуоресцентные свойства красителя, в частности, на время жизни флуоресценции. Это позволило использовать его для мониторинга параметров мембранных структур клетки методом микроскопии с визуализацией времени жизни флуоресценции (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM).
Представлены результаты исследования по оценке состава разных форм аллогенного коллагенсодержащего материала (гидрогеля) в качестве потенциального компонента биочернил в перспективном направлении тканевой инженерии с помощью оптических методов (рамановской и ИК спектроскопии). В результате проведенных исследований с помощью метода спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) установлено, что в негидролизованной форме коллагена относительное содержание пролина и гидроксипролина меньше, чем в гидролизованной форме, что может говорить о нарушениях структурной организации коллагенсодержащего материала (по спектральным особенностям пролина и гидроксипролина). На основе дисперсионного анализа был разработан алгоритм идентификации разных форм аллогенного коллагенсодержащего материала с помощью дерева решений. Установлено, что с помощью методов рамановской и ИК спектроскопии можно проводить экспресс-анализ состава и типов коллагеновых материалов, а также контролировать степень денатурации коллагена при разработке биочернил. Ключевые слова: рамановская спектроскопия, ИК спектроскопия, алгоритм идентификации коллагенов, гидрогель, биочернила, коллагенсодержащий материал, дисперсионный анализ.
Издательство
- Издательство
- ФТИ им. А.Ф. Иоффе
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26
- Юр. адрес
- 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26
- ФИО
- Иванов Сергей Викторович (Руководитель)
- E-mail адрес
- post@mail.ioffe.ru
- Контактный телефон
- +7 (812) 2972245
- Сайт
- https://www.ioffe.ru