Témata prací (Výběr práce)Témata prací (Výběr práce)(verze: 278)
Detail práce
   Přihlásit přes CAS
Teorie agregátů fotosyntetických molekul: spektroskopie, struktura, přenosové jevy, samoorganizace
Název práce v češtině: Teorie agregátů fotosyntetických molekul: spektroskopie, struktura, přenosové jevy, samoorganizace
Název v anglickém jazyce: Theory of aggregates of photosynthetic molecules: spectroscopy, structure, transport phenomena, self-organization
Akademický rok vypsání: 2018/2019
Typ práce: disertační práce
Jazyk práce:
Ústav: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
Vedoucí / školitel: RNDr. Tomáš Mančal, Ph.D.
Řešitel:
Zásady pro vypracování
1) Zpracovat podrobnou rešeši literatury o vlastnostech, teoretickém popisu a experimentálních metodách zkoumání agregátů chlorofylů a karotenoidů
2) Osvojit si metody teoretického popisu spektroskopických metod zkoumání těchto agregátů.
3) Osvojit si a rozvinout metody popisu transportních jevů a molekulární dynamiky agregátů.
4) Molekulárně dynamickými metodami prozkoumat podmínky pro samoorganizaci agregátů za různých termodynamických podmínek.
5) Na základě molekulárně dynamických metod a navržených struktur provést výpočty nelineárních spekter a porovnat je s experimentem.
6) Výsledky publikovat v kvalitních zahraničních časopisech
Seznam odborné literatury
1] S. Mukamel, Principles of nonlinear spectroscopy, Oxford University Press, Oxford, 1995
[2] H. Haken, Synergetics, Springer Verlag, Berlin, 1983
[3] R. E. Blankenship, Molecular Mechanisms of Photosynthesis, Blackwell Science, Oxford, 2002
[4] H. van Amerongen, L. Valkunas and R. van Grondelle, Photosynthetic excitons, World Scientific, Singapore, 2000
[5] H. - P. Breuer and F. Petrucione, The theory of Open Quantum Systems, Clarendon Press, Oxford, 2006
[6] J. Pšenčík et al, Biophys. J. 87 (2004) 1165
[7] T. Polivka and V. Sundstroem, Chem. Rev. 104 (2004) 2021
[8] T. Mančal and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 121 (2004) 10556
Předběžná náplň práce
Agregáty a komplexy relativně malých molekul - chlorofylů a karotenoidů - tvoří klíčovou část fotosyntetické mašinerie rostlin a bakterií. Velká variabilita vlastností agregátů (oproti vlastnostem individuálních molekul) v závislosti na jejich struktuře, umožňuje fotosyntetickým organismům vybudovat komplexní světlozáchytný systém na bázi pouze několika stavebních kamenů. Zatímco struktury těsných komplexů, které jsou drženy pohromadě bílkovinami, byly většinou určeny krystalografickými metodami, volné agregáty chlorofylů a karotenoidů (např. chlorosom zelených bakterií) se často doposud zkrystalizovat nepodařilo. Jednou z potenciálních nepřímých metod určování struktury, použitených pro tento případ, je optická spektroskopie vysokého časového rozlišení, spojená s kvantově chemickým a molekulárně dynamickým modelováním. Cílem této disertační práce je teoreticky prozkoumat možnosti určování struktury agregátů srovnáním simulovaných spekter modelových systémů s experimentem. Simulace budou zahrnovat jak spektroskopické výpočty na modelových systémech, kde jsou jednotlivé molekuly představovány dvou a tří hladinovými elektronovými modely s vazbou, tak i molekulární dynamiku na základě semiempirických silových polí. Molekulární dynamika bude použita jako zdroj parametrů pro spektroskopické výpočty, jako nástroj ke zkoumání stability navržených struktur, případně budou její výstupy zdrojem prametrů pro modelování samoorganizace. Veškerá teoretická práce bude prováděna v úzké spolupráci s experimentálními skupinami na MFF UK a Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity, kde budou její výsledky aplikovány při zkoumání přírodních a vývoji umělých fotosyntetických agregátů.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
Aggregates and complexes of relatively small molecules - chlorophylls and carotenoids - form a key part of the photosynthetic machinery of plants and bacteria. Large variability of their properties (with respect to the properties of individual molecules) depending on their structure, makes it possible for the photosynthetic organisms to build complex light-harvesting systems based on few building elements only. While the structures of tight complexes held together by proteins are mostly known from crystallographic methods, these methods often fail for loose aggregates of chlorophylls and carotenoids (e.g. chlorosoms of green bacteria). One of the potential indirect methods of structure determination for this case is ultrafast optical spectroscopy, combined with quantum chemical and molecular dynamics modeling. The aim of this work is to theoretically investigate the possibilities of structure determination of aggregates by comparison of simulated spectra of model systems with those measured in experiment. Simulations will involve both spectroscopic calculations on model systems, where individual molecules are represented by two and three electronic level models with coupling, and molecular dynamics based on semi-empirical force fields. Molecular dynamics will be used as a source of parameters for spectroscopic calculations, as a tool for stability determination of proposed structures, and as a source of parameters for modeling of self-organization. All the theoretical work will be conducted in close collaboration with experimental groups at the Faculty of Mathematics and Physics of Charles University and at the Faculty of Natural Sciences of the University of South Bohemia, where its results will be applied in investigations of natural and development of artificial photosynthetic aggregates
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK