Vliv redoxního stavu na zhášení excitace v bakteriochlorofylových agregátech

• Název práce v češtině: Vliv redoxního stavu na zhášení excitace v bakteriochlorofylových agregátech
• Název v anglickém jazyce: Redox Dependence of Excitation Quenching by Quinones; in Bacteriochlorophyll Agregates
• Klíčová slova: spektrální hole burning, bakteriochlorofylové agregáty, zhášení excitace, chinony
• Klíčová slova anglicky: spectral hole burning, bacteriochlorophyll aggregates, excitation quenching, quinones
• Akademický rok vypsání: 2009/2010
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Roman Dědic, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 12.11.2009
• Datum zadání: 12.11.2009
• Datum a čas obhajoby: 30.05.2011 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 14.04.2011
• Datum odevzdání tištěné podoby: 14.04.2011
• Datum proběhlé obhajoby: 30.05.2011
• Oponenti: prof. RNDr. Tomáš Polívka, Ph.D.
• Konzultanti: doc. RNDr. Jakub Pšenčík, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. seznámení se s procesy přenosu excitační energie v anténách fotosyntetických systémů, zvláště chlorosomech zelených sirných bakterií
2. základní zvládnutí experimentální techniky nízkoteplotního vypalování spektrálních děr
3. rozšíření současné aparatury dvoukanálovou detekcí absorpce a využitím pevnolátkového laseru
4. měření rychlostních konstant přenosu excitační energie v agregátech bakteriochlorofylů metodou vypalování spektrálních děr kyslíku z různých vzorků
5. srovnání s výsledky na přírodních bakteriochlorofylových agregátech zelených sirných bakterií

Seznam odborné literatury

[1] ŠETLÍK, I. - HÁLA, J. Biofyzika fotosyntézy. Skripta MFF-UK, nevydáno.
[2] AMESZ, J. - HOFF, A. J. (Ed.). Biophysical Techniques in Photosynthesis. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 1995.
[3] FRIEDRICH, J. - HAARER, D. Photochemical Hole Burning: A Spectroscopic Study of Relaxation Processes in Polymers and Glasses. Angewandte Chemie International Edittion. 1984, 23, 2, s. 113-140.
[4] PŠENČÍK, J. et al. Fast Energy Transfer and Exciton Dynamics in Chlorosomes of the Green Sulfur Bacterium Chlorobium tepidum. Journal of Physical Chemistry A. 1998, 102, 23, s. 4392-4398.
[5] ALSTER, J. et al. Effect of quinones on formation and properties of bacteriochlorophyll c aggregates. Photosynthesis Research. 2007, 95, 2-3, s. 183-189.

Předběžná náplň práce

Primární procesy fotosyntézy, tedy světlem vyvolané rozdělení nábojů, začínají zachycením kvanta záření v tzv. anténních komplexech a migrací takto vzniklého excitonu směrem k reakčnímu centru, tedy místu, kde probíhá samotná fotochemická reakce. Fotosyntetické systémy si během evoluce vytvořily řadu mechanismů jak tuto energii z antén účinně přenášet do reakčních center, či ji v případě nadbytečné excitace bezpečně zhášet. Umělá fotosyntéza, jako cesta k moderním fotovoltaickým zdrojům elektrické energie a molekulární elektronice, vyžaduje pro své účinné fungování podobné ochranné mechanismy. Jedním ze slibných systémů pro umělou fotosyntézu jsou samoorganizující se agregáty bakteriochlorofylů, které napodobují anténní komplexy zelených sirných bakterií. V nich se na zhášení excitace podílejí chinony, jejichž role byla potvrzena v předchozích experimentech. Předpokládá se, že toto jejich působení je závislé na přítomnosti kyslíku. Proto budou porovnávány rychlostní konstanty zhášení excitace v bakteriochlorofylových agregátech s a bez chinonů za různých redoxních podmínek. K určení těchto rychlostních konstant bude použito nepřímé metody nízkoteplotní spektroskopie s vysokým rozlišením - tzv. vypalování spektrálních děr.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Primary photosynthetic processes, i.e. light-induced charge separation, begin by capture of quantum of radiation in so-called antenna complexes and they continue by exciton migration in the antenna towards the reaction center, where the photochemical reaction takes place. Photosynthetic systems have created wide range of mechanisms to either rapidly transfer this excitation energy from the antenna to the reaction center or, on the other hand, the excessive excitation efficiently quench. Artificial photosynthesis, as a way to future fotovoltaic sources and molecular electronics, requires similar mechanisms for its efficient operation. Self-organizing aggregates of bacteriochlorophylls, mimicking the antenna complexes of green sulfur bacteria, represent promising systems for the artificial photosynthesis. Quinones participate in the excitation energy quenching in both the native antenna complexes an the artificial aggregates, as it was confirmed by previous experiments. A dependence of this quenching on presence of oxygen is anticipated. This assumption will be evaluated by investigation of the rate-constants of excitation energy quenching in bacteriochlorophyll complexes with and without quinones under different redox conditions. The rate-constants will be measured using hole-burning spectroscopy - indirect low temperature spectral technique of high spectral resolution.