Vliv redoxního stavu na zhášení excitace v bakteriochlorofylových agregátech

• Thesis title in Czech: Vliv redoxního stavu na zhášení excitace v bakteriochlorofylových agregátech
• Thesis title in English: Redox Dependence of Excitation Quenching by Quinones; in Bacteriochlorophyll Agregates
• Key words: spektrální hole burning, bakteriochlorofylové agregáty, zhášení excitace, chinony
• English key words: spectral hole burning, bacteriochlorophyll aggregates, excitation quenching, quinones
• Academic year of topic announcement: 2009/2010
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: doc. RNDr. Roman Dědic, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 12.11.2009
• Date of assignment: 12.11.2009
• Date and time of defence: 30.05.2011 00:00
• Date of electronic submission: 14.04.2011
• Date of submission of printed version: 14.04.2011
• Date of proceeded defence: 30.05.2011
• Opponents: prof. RNDr. Tomáš Polívka, Ph.D.
• Advisors: doc. RNDr. Jakub Pšenčík, Ph.D.

Guidelines

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

References

[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.

Preliminary scope of work

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.

Preliminary scope of work in English

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.