See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Institutsionaalne uurimistoetus" projekt IUT2-28
IUT2-28 "Biosüsteemide kvantergastuste uuring laias temperatuuride ja rõhkude vahemikus optilise spektroskoopia ja neutronite hajumise meetoditel (1.01.2013−31.12.2018)", Arvi Freiberg, Tartu Ülikool, Loodus- ja täppisteaduste valdkond, füüsika instituut.
IUT2-28
Biosüsteemide kvantergastuste uuring laias temperatuuride ja rõhkude vahemikus optilise spektroskoopia ja neutronite hajumise meetoditel
Quantum excitations in biosystems over broad temperature and pressure range studied by optical spectroscopy and neutron scattering
1.01.2013
31.12.2018
Teadus- ja arendusprojekt
Institutsionaalne uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP230 Aatomi- ja molekulaarfüüsika 1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)50,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.12. Bio- ja keskkonnateadustega seotud uuringud, näiteks biotehnoloogia, molekulaarbioloogia, rakubioloogia, biofüüsika, majandus- ja tehnoloogiauuringudB120 Molekulaarne biofüüsika1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
PerioodSumma
01.01.2013−31.12.2013213 000,00 EUR
01.01.2014−31.12.2014213 000,00 EUR
01.01.2015−31.12.2015213 000,00 EUR
01.01.2016−31.12.2016213 000,00 EUR
01.01.2017−31.12.2017213 000,00 EUR
01.01.2018−31.12.2018213 000,00 EUR
1 278 000,00 EUR

Füüsikas domineerivad kvantnähtused. Põhilised bioloogilised protsessid, sealhulgas fotosüntees, näivad järgivat üksnes klassikalisi reegleid. Samas jälle, kuna fotosüntees algab footoni neeldumisega, kas ei saaks ja tuleks seda nähtust käsitleda veelahkmena klassikalise ja kvantmaailma vahel? Eriteadlaste hulgas on üldlevinud ettkujutus, et neeldunud valguskvant tekitab fotosünteetilistes antennikompleksides koherentse eksitoni, mis tõhusalt ergastusenergiat edasi reaktsioonitsentrile kannab. See visioon on aga peamiselt krüogeensetel temperatuuridel läbi viidud katsetulemuste tõlgendamise tulemus. Füsioloogilistel temperatuuridel toimivatest eksitonidest pole suurt midagi teada. Antud projekt eesmärk ongi viimasele küsimusele valgust heita. Katselisi ja teoreetili uuringuid teostatakse laias temperatuuride ja rõhkude vahemikus, kasutades kaasaegseid optilise spektroskoopia ja neutronite hajumise meetodeid.
Physical phenomena have fundamentally quantum origin. Basic biological processes, including photosynthesis, on the other hand, typically obey classical rules. However, since photosynthesis begins with absorption of solar quanta, it can be considered at a borderline of classical and quantum realms. It is generally agreed that absorption of a solar photon by light-harvesting antenna complexes creates a coherent exciton that transfers its energy very efficiently to the photochemical reaction centre, where it is subsequently transformed into chemical energy. Yet this insight has primarily arisen from interpretation of the low-temperature spectroscopic experiments; evidence for the excitons at physiological temperatures is scarce at best. Basic experimental and theoretical studies are, therefore, planned over broad range from cryogenic through ambient temperatures to prove the presence of photosynthetic excitons at functional conditions and to study their properties.
Füüsikas domineerivad kvantnähtused. Põhilised bioloogilised protsessid, sealhulgas fotosüntees, näivad järgivat üksnes klassikalisi reegleid. Samas, kuna fotosüntees algab footoni neeldumisega, mille käigus tekib kollektiivne kvantergastus nimega eksiton, kas ei saaks ja tuleks fotosünteesi käsitleda kui mudelit uurimaks olemuslikku veelahet klassikalise ja kvantmaailma vahel? Antud projekt käsitlebki selle üldise visiooni erinevaid aspekte. Fotosünteetiline eksiton kui füüsikaline mõiste on eelkõige isoleeritud pigment-valgu komplekside peal krüogeensetel temperatuuridel läbi viidud katsete tõlgendamise tulemus. Füsioloogilistel temperatuuridel ja tervetes rakkudes toimivatest eksitonidest polnud enne käesolevat tööde tsüklit suurt midagi teada. Meil õnnestus tõestada, et neeldunud valguskvant tekitab normaalselt toimivates rakkudes samasuguse koherentse eksitoni kui mudelsüsteemides. Veelgi üllatavam oli leid, et fotosünteetilised eksitonid on stabiilsed väga kõrgete temperatuurideni, sisuliselt kuni valgu soojusliku lagunemiseni. See tulemus heidab uut valgust bioloogias olulisele struktuur-funktsioon käsitlusele. Paralleelselt läbi viidud uuringud bioloogiliselt oluliste pigmendimolekulidega andsid lõpuks vastuse juba pool sajandit vindunud küsimusele, kus asub klorofüll-a molekuli Qx elektronsiirdele vastav spekter. Klorofüll-a on teatavasti põhiline valgust neelav pigment taimedes ja vetikates – seega üks tähtsamaid molekule looduses. Tuleb välja, et kui paljude klorofülli-laadsete molekulide jaoks joonistuvad neeldumisspektris välja kaks selgelt eristuvat riba, üks Qx ja teine Qy polarisatsiooniga, siis klorofüll-a spektris on tugeva vibroonse segunemise tõttu nähtav vaid üks riba, mille käigus x- ja y-polarisatsiooniga panused varieeruvad. See asjaolu on ülitähtis, kuna ta mõjutab pea kõiki klorofülli ergastatud seisunditega seotud protsesse, sh eksiton-ülekannet ning ergastuste relaksatsiooni ja koherentseid omadusi.