Complejo Fenna – Matthews – Olson - Fenna–Matthews–Olson complex
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El Fenna- Matthews - Olson (FMO) complejo es un complejo soluble en agua y fue el primer pigmento - proteína compleja (PPC) para ser estructura analizada por espectroscopia de rayos x . Aparece en las bacterias de azufre verde y media en la transferencia de energía de excitación de los clorosomas que recolectan luz al centro de reacción bacteriana incrustado en la membrana (bRC). Su estructura es trimérica (simetría C3). Cada uno de los tres monómeros contiene ocho moléculas de bacterioclorofila a (BChl a ). Se unen al andamio de la proteína mediante la quelación de su átomo de magnesio central, ya sea a los aminoácidos de la proteína (principalmente histidina ) o átomos de oxígeno con puentes de agua (solo un BChl a de cada monómero).
Dado que la estructura está disponible, es posible calcular los espectros ópticos basados en la estructura para compararlos con los espectros ópticos experimentales. En el caso más simple, solo se tiene en cuenta el acoplamiento excitónico de los BChls. Las teorías más realistas consideran el acoplamiento pigmento-proteína. Una propiedad importante es la energía de transición local (energía del sitio) de los BChls, diferente para cada uno, debido a su entorno proteico local individual. Las energías del sitio de los BChls determinan la dirección del flujo de energía.
Se dispone de información estructural sobre el supercomplejo FMO-RC, que se obtuvo mediante microscopía electrónica y espectros de dicroísmo lineal medidos en trímeros FMO y complejos FMO-RC. A partir de estas medidas, son posibles dos orientaciones del complejo FMO en relación con el RC. La orientación con BChl 3 y 4 cerca de RC y BChl 1 y 6 (siguiendo la numeración original de Fenna y Matthews) orientada hacia los clorosomas es útil para una transferencia de energía eficiente.
Objeto de prueba
El complejo es el PPC más simple que aparece en la naturaleza y, por lo tanto, un objeto de prueba adecuado para el desarrollo de métodos que se pueden transferir a sistemas más complejos como el fotosistema I. Engel y sus colaboradores observaron que el complejo FMO exhibe una coherencia cuántica notablemente larga , pero después Aproximadamente una década de debate, se demostró que esta coherencia cuántica no tiene importancia para el funcionamiento del complejo. Además, se demostró que las oscilaciones de larga duración observadas en los espectros se deben únicamente a la dinámica vibratoria del estado fundamental y no reflejan ninguna dinámica de transferencia de energía.
Cosecha de luz cuántica
La recolección de luz en la fotosíntesis emplea procesos mecánicos tanto clásicos como cuánticos con una eficiencia energética de casi el 100 por ciento. Para que la luz produzca energía en los procesos clásicos, los fotones deben llegar a los sitios de reacción antes de que su energía se disipe en menos de un nanosegundo. En los procesos fotosintéticos, esto no es posible. Debido a que la energía puede existir en una superposición de estados, puede viajar por todas las rutas dentro de un material al mismo tiempo. Cuando un fotón encuentra el destino correcto, la superposición colapsa, haciendo que la energía esté disponible. Sin embargo, ningún proceso puramente cuántico puede ser totalmente responsable, porque algunos procesos cuánticos ralentizan el movimiento de objetos cuantificados a través de redes. La localización de Anderson evita la propagación de estados cuánticos en medios aleatorios. Debido a que el estado actúa como una ola, es vulnerable a los efectos de interferencia disruptiva. Otro problema es el efecto zeno cuántico , en el que un estado inestable nunca cambia si se mide / observa continuamente, porque la observación empuja constantemente el estado, evitando que colapse.
Las interacciones entre los estados cuánticos y el medio ambiente actúan como medidas. La interacción clásica con el entorno cambia la naturaleza ondulatoria del estado cuántico lo suficiente para evitar la localización de Anderson, mientras que el efecto zeno cuántico extiende la vida útil del estado cuántico, lo que le permite alcanzar el centro de reacción. La larga vida propuesta de la coherencia cuántica en el FMO influyó en muchos científicos para investigar la coherencia cuántica en el sistema, y el artículo de 2007 de Engel fue citado más de 1500 veces en los 5 años posteriores a su publicación. La propuesta de Engel todavía se debate en la literatura con la sugerencia de que los experimentos originales se interpretaron asignando incorrectamente las oscilaciones espectrales a las coherencias electrónicas en lugar de a las coherencias vibratorias del estado fundamental, que naturalmente se esperará que vivan más tiempo debido al ancho espectral más estrecho de vibraciones. transiciones.
Informática
El problema de encontrar un centro de reacción en una matriz de proteínas es formalmente equivalente a muchos problemas de computación. El mapeo de problemas de computación en búsquedas de centros de reacción puede permitir que la recolección de luz funcione como un dispositivo computacional, mejorando las velocidades computacionales a temperatura ambiente, produciendo una eficiencia de 100-1000x.