"Sihtfinantseerimine" projekt SF0180055s07
SF0180055s07 "Bioloogiliselt oluliste molekulide ja molekulaarkomplekside füüsikalised uuringud (1.01.2007−31.12.2012)", Arvi Freiberg, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
SF0180055s07
Bioloogiliselt oluliste molekulide ja molekulaarkomplekside füüsikalised uuringud
Physical studies of biologically relevant molecules and molecular complexes
1.01.2007
31.12.2012
Sihtfinantseerimine
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
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 tehnoloogiauuringudP330 Bioenergeetika 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
PerioodSumma
01.01.2007−31.12.20071 649 000,00 EEK (105 390,31 EUR)
01.01.2008−31.12.20082 070 000,00 EEK (132 297,11 EUR)
01.01.2009−31.12.20091 900 512,00 EEK (121 464,85 EUR)
01.01.2010−31.12.20101 793 000,00 EEK (114 593,59 EUR)
01.01.2011−31.12.2011114 590,00 EUR
01.01.2012−31.12.2012114 590,00 EUR
702 925,86 EUR

Uuritakse kollektiivsete kvantergastuste iseärasusi nanoskoopilistes biomolekulaarkompleksides, ribosoomi toimemehhanisme ning molekulidevahelistest interaktsioonidest mõjustatud molekulaarkomplekside spektrite barokromismi. Vähemalt osa mõõtmisi (sh kõrgetel rõhkudel) on plaanis teha ainumolekulide peal. Ainumolekulidel saadud tulemused iseloomustavad konkreetset molekuli ja on vabad molekulide lausmõõtmisega kaasnevast parameetrite keskmistamisest. Teema metoodiliseks eripäraks on samuti ülikiire ajalise lahutusega spektroskoopia, kõrglahutusspektroskoopia, kõrgete rõhkude spektroskoopia ning molekulaardünaamiliste ja kvantkeemiliste arvutuslike meetodite koosrakendamine biofüüsikalistes uuringutes. Planeeritud töid täidetakse tihedas koostöös lisaks Prof. J. Remme töörühmale veel mitme objekte valmistava või teoreetilist tuge pakkuva välismaise uurimisgrupiga (CEA Saclay, Jyväskylä Ülikool, Lundi Ülikool, Madridi Sõltumatu Ülikool, Pariisi XI Ülikool, Sheffieldi Ülikool jt).
Peculiarities of collective quantum excitations in nanoscopic biomolecular complexes, functional mechanisms of ribosome, and barochromic effects in the spectra of molecular complexes governed by intermolecular interactions will be studied. The measurements will partially be performed on single molecules. The single molecule measurements remove the ensemble averaging and allow constructing the probability distribution functions for experimental parameters of the particular molecule. A unique combination of advanced spectroscopic techniques (such as ultrafast, spectrally selective, and high-pressure spectroscopies) will be applied together with modern MM/QC simulation and data analysis methods. A close collaboration with the group of Prof. J. Remme is planned in studying functional mechanisms of ribosome. Strong cooperation is also foreseen with a number of foreign groups who either provide the samples or necessary theoretical expertise.

Vastutav täitja (1)

IsikKraadTöökoht ja ametCVOsalemise periood
Arvi FreibergdoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2012

Põhitäitjad (9)

IsikKraadTöökoht ja ametCVOsalemise periood
Erko JalvistedoktorikraadEST / ENG01.01.2010−31.12.2012
Liina KangurdoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2012
Veera KrasnenkodoktorikraadEST / ENG01.01.2009−31.12.2009
Kristjan LeigerdoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2012
Koit MauringdoktorikraadEST / ENG01.01.2009−31.12.2010
Christoph NackedoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2008
Jörg PieperdoktorikraadEST / ENG01.01.2011−31.12.2012
Margus RätsepdoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2012
Kõu TimpmanndoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2012

Täitjad (2)

IsikKraadTöökoht ja ametCVOsalemise periood
Mihkel PajusaludoktorikraadEST / ENG01.01.2007−31.12.2012
Mikk VälbemagistrikraadEST / ENG01.01.2010−31.12.2010

Projektiga seotud tööjõud (4)

IsikKraadAsutusAmetKoormusKoormus väljaspoolOsalemise periood
ProjektisKoormus väljaspool
Dmitri Troshkovmagistrant0,101.01.2007−31.12.2008
Hain SalujärvLOFI, hooldusspetsialist101.01.2009−31.12.2012
Liis Reisbergerakorraline teadur0,101.01.2011−31.12.2012
Natalia Tsernikovaerakorraline teadur0,101.01.2011−31.12.2011
Projektid
Projekt
ETF7002; "SPEKTRAALSE PEENTIMMIMISE VIISE ISEORGANISEERUVATES MOLEKULAARKOMPLEKSIDES JA VALGUSMUUNDURITES"; Arvi Freiberg;
ETF8674; "ELEKTRON-VÕNKE VASTASTIKMÕJUD SPEKTRAALSE KORRASTAMATUSEGA MOLEKULAARSETES NANOAGREGAATIDES"; Arvi Freiberg;
Publikatsioonid
Publikatsioonid
Sener, M.; Strümpher, J.; Timney, J.; Freiberg, A.; Hunter, N.; Schulten, K. (2010). Photosynthetic vesicle architecture and constraints on efficient energy harvesting. Biophysical Journal, 99 (1), 67−75.
Freiberg, A.; Rätsep, M.; Timpmann, K.; Trinkunas, G. (2009). Excitonic polarons in quasi-one-dimensional LH1 and LH2 bacteriochlorophyll a antenna aggregates from photosynthetic bacteria: A wavelength-dependent selective spectroscopy study. Chemical Physics, 357, 102−112.10.1016/j.chemphys.2008.10.043.
Rätsep, M.; Linnanto, J.; Freiberg, A. (2009). Mirror symmetry and vibrational structure in optical spectra of chlorophyll a. Journal of Chemical Physics, 130 (19), 194501.10.1063/1.3125183.
Pieper, J.; Rätsep, M.; Irrgang, K.-D.; Freiberg, A. (2009). Chromophore−Chromophore and Chromophore−Protein Interactions in Monomeric Light-Harvesting Complex II of Green Plants Studied by Spectral Hole Burning and Fluorescence Line Narrowing. The Journal of Physical Chemistry B, 113 (31), 10870−10880.
Rätsep, M.; Pajusalu, M.; Freiberg, A. (2009). Wavelength-dependent electron–phonon coupling in impurity glasses. Chemical Physics Letters, 1−4.10.1016/j.cplett.2009.07.094.
Freiberg, Arvi; Trinkunas, Gediminas (2009). Unraveling the Hidden Nature of Antenna Excitations. In: Laisk, Agu; Nedbal, Ladislav; Govindjee (Ed.). Photosynthesis in silico: Understanding Complexity from Molecules to Ecosystems (55−82).. The Netherlands: Springer. (Advances in Photosynthesis and Respiration).
Rätsep, M.; Pieper, J.; Irrgang, K.-D.; Freiberg, A. (2008). Excitation Wavelength-Dependent Electron-Phonon and Electron-Vibrational Coupling in the CP29 Antenna Complex of Green Plants. The Journal of Physical Chemistry B, 112, 110−118.
Ellervee, A.; Freiberg, A. (2008). Formation of bacteriochlorophyll a coordination states under external high-pressure. Chemical Physics Letters, 450, 386−390.
Kangur, L.; Timpmann, K.; Freiberg, A. (2008). Stability of Integral Membrane Proteins under High Hydrostatic Pressure: The LH2 and LH3 Antenna Pigment−Protein Complexes from Photosynthetic Bacteria. The Journal of Physical Chemistry B, 112 (26), 7948−7955.10.1021/jp801943w.
Kangur, L; Leiger, K; Freiberg, A (2008). Evidence for high-pressure-induced rupture of hydrogen bonds in LH2 photosynthetic antenna pigment-protein complexes. Journal of Physics: Conference Series , 121, 112004.10.1088/1742-6596/121/11/112004.
Rätsep, M.; Freiberg, A. (2007). Electron–phonon and vibronic couplings in the FMO bacteriochlorophyll a antenna complex studied by difference fluorescence line narrowing. Journal of Luminescence, 127 (1), 251−259.
Leiger, K.; Freiberg, A.; Dahlbom, M.; Hush, N.; Reimers, J. (2007). Pressure-induced spectral changes for the special-pair radical cation of the bacterial photosynthetic reaction center. Journal of Chemical Physics, 126 (21), 215102−215115.
Rätsep, M.; Freiberg, A. (2007). Unusual temperature quenching of Bacteriochlorophyll a fluorescence in FMO antenna protein trimers. Chemical Physics Letters, 434, 306−311.10.1016/j.cplett.2006.12.013.
Freiberg, A. (2007). High temporal and spectral resolution laser spectroscopy of biologically relevant molecules and biomolecular complexes. Vilniaus universitetas.
Freibergi, Arvi; Timpmann, Kõu; Trinkunas, Gediminas (2010). Spectral Fine-Tuning in Excitonically Coupled Cyclic Photosynthetic Antennas. Chemical Physics Letters, x−x [ilmumas].
Freiberg, Arvi; Rätsep, Margus; Timpmann, Kõu (2012). A Comparative Spectroscopic and Kinetic Study of Photoexcitations in Detergent-isolated and Membrane-embedded LH2 Light-harvesting Complexes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1817 (8), 1471−1482.10.1016/j.bbabio.2011.11.019.
Kunz, Ralf; Timpmann, K.; Southall, June; Cogdell, Richard J.; Freiberg, A.; Köhler, Jürgen (2012). Exciton Self Trapping in Photosynthetic Pigment−Protein Complexes Studied by Single-Molecule Spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry B, 116 (36), 11017−11023.
Freiberg, Arvi; Kangur, Liina; Olsen, John; Hunter, Neil. (2012). Structural implications of hydrogen-bond energetics in membrane proteins revealed by high-pressure spectroscopy. Biophysical Journal, 2352−2360.10.1016/j.bpj.2012.10.030.
Kangur, Liina; Olsen, John; Hunter, Neil; Freiberg, Arvi (2012). Estimating hydrogen bond energy in integral membrane chromoproteins by high hydrostatic pressure optical spectroscopy. In: Eshel Faragg (Ed.). Protein Structure (191−212).. InTech - Open Access Publisher .
Pajusalu, M.; Rätsep, M.; Trinkunas, G.; Freiberg, A. (2011). Davydov splitting of excitons in cyclic bacteriochlorophyll a nanoaggregates of bacterial light-harvesting complexes between 4.5 and 263 K. ChemPhysChem, 12 (3), 634−644.10.1002/cphc.201000913.
Rätsep, M.; Cai, Z.-L; Reimers, J.; Freiberg, A. (2011). Demonstration and interpretation of significant asymmetry in the low-resolution and high-resolution Qy fluorescence and absorption spectra of bacteriochlorophyll a. Journal of Chemical Physics, 134 (2), 024506.10.1063/1.3518685.
Pieper, J.; Rätsep, M.; Trostmann, I.; Paulsen, H.; Renger, G.; Freiberg, A. (2011). Excitonic Energy Level Structure and Pigment-Protein Interactions in the Recombinant Water-Soluble Chlorophyll Protein. I. Difference Fluorescence Line-Narrowing. The Journal of Physical Chemistry B, 115 (14), 4042−4052.10.1021/jp1114559.
Pieper, J.; Rätsep, M.; Trostmann, I.; Schmitt, F.-J.; Theiss, C.; Paulsen, H.; Eichler, H.J.; Freiberg, A.; Renger, G. (2011). Excitonic Energy Level Structure and Pigment-Protein Interactions in the Recombinant Water-Soluble Chlorophyll Protein. II. Spectral Hole-Burning Experiments. The Journal of Physical Chemistry B, 115 (14), 4053−4065.10.1021/jp111457t.
Renge, Indrek; Rätsep, Margus; Freiberg, Arvi (2011). Intermolecular repulsive–dispersive potentials explain properties of impurity spectra in soft solids. Journal of Luminescence, 131 (2), 262−265.10.1016/j.jlumin.2010.10.008.
Linnanto, J.; Freiberg, A.; Korppi-Tommola, J. (2011). Quantum Chemical Simulations of Excited-State Absorption Spectra of Photosynthetic Bacterial Reaction Center and Antenna Complexes. The Journal of Physical Chemistry B, 115 (18), 5336−5544.10.1021/jp111340w.
Freiberg, Arvi (2011). Klorofüll - füüsikat ja bioloogiat ühendav molekul. Teadusmõte Eestis (VI) Elu- ja Maateadused (73−83).. Tallinn: Eesti Teaduste Akadeemia.
Freiberg, Arvi (2011). Physical biology: en route to quantum biology. In: J. Engelbrecht; G. Varlamova (Ed.). Research in Estonia. Present and Future (96−119).. Tallinn: Eesti Teaduste Akadeemia.
Juhendamised
Juhendamised
Mihkel Pajusalu, magistrikraad, 2010, (juh) Arvi Freiberg; Margus Rätsep, Fotosünteetiliste antennide eksitontsooni temperatuursõltuvus, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.