Tým vědců z Beckmanova institutu na Kalifornském technologickém institutu, Queen Mary univerzity v Londýně, ústavu Jaroslava Heyrovského a VŠCHT v Praze studoval teoretickými a výpočetními technikami zapojení dynamiky vody při přenosu náboje mezi chromoforem a  tryptofany v proteinu azurin. Výsledky práce byly publikovány v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

V našich simulacích jsme do popisu zahrnuli jak kompletní strukturu proteinu, tak i molekuly rozpouštědla na atomární úrovni, čímž jsme věrně popsaly lokální hydrataci klíčových reziduí, která se účastní přenosu elektronu. Naše výsledky ukazují, že přeskok elektronu nastává převážně v situacích, kdy okamžitá hydratace tryptofanových reziduí již není příznivá pro stabilizaci počátečního stavu a zároveň připomíná hydratační struktury vlastní konečnému elektronickému stavu. Obecnějším měřítkem vzdálenosti systému od bodu křížení elektronických stavů jsou pak fluktuace v elektrostatickém potenciálu.

Přeskok elektronu přes tryptofanová rezidua aktivuje proteinové kofaktory, účastní se buněčné fotosignalizace a v neposlední řadě poskytuje enzymům ochranu před oxidací volnými radikály. Energetika excitovaných chromoforů a jejich optimální rozmístění k indolovým cyklům byla ve fotolyázách a cytochromech optimalizována v průběhu evoluce.

Náš teoretický výzkum se zabýval fotoiniciovaným přenosem elektronu přes tryptofanová rezidua v upraveném modrém proteinu, azurinu. Zaměřili jsme se na roli elektronického spřažení a adiabatičnosti děje, ale také na vliv elektrostatických fluktuací a dynamiky rozpouštědla, jako klíčových sil pro rychlý přenos náboje na velké vzdálenosti. Naše práce poukazuje na důležitou roli solvatace sekvencí, které se aktivně účasní redoxních dějů. Výsledky práce najdou uplatnění v designu bioinspirovaných fotosystémů a fotokatalyzátorů.

Reference:

Photoinduced hole hopping through tryptophans in proteins

Stanislav Záliš, Jan Heyda, Filip Šebesta, Jay R. Winkler, Harry B. Gray, and Antonín Vlček

PNAS 118 (11) 2021, e2024627118, online March 16, 2021

Od akademického roku 2019/20 otevíráme nový bakalářský program Fyzikální a výpočetní chemie, který nabízí progresivní a atraktivní spojení chemie a výpočetní techniky.

Přihlašovat ke studiu se můžete až do 31. března 2019.