紫色光合细菌LH1和LH2的激子能级结构(Ⅱ)——应用与数值模拟 (2007年)

利用包括了系统中色素分子间所有的相互作用的环形链模型，计算了紫色光合细菌LH1和LH2的激子态的振子强度和圆二色性（CD）。LH1和LH2复合体的吸收和圆二色性光谱的数值模拟结果与实验测量结果的主要特征相符。 ### 紫色光合细菌LH1和LH2的激子能级结构(Ⅱ)——应用与数值模拟 #### 概述 本文基于前期建立的环形链模型，探讨了紫色光合细菌中LH1和LH2复合体的激子能级结构及其相关性质。通过对色素分子间的相互作用进行精确建模，计算了激子态的振子强度和圆二色性(CD)，并通过数值模拟验证了模型的有效性。 #### 环形链模型 环形链模型是一种能够全面考虑系统中色素分子间相互作用的理论模型。该模型利用色素分子之间的相互作用能量和指向参数，并结合分子激子理论，解析地给出了激子能级、带宽以及两个Davydov子能带间的带宽等关键参数。此模型的优势在于能够更准确地反映实际生物体系中的复杂相互作用。 #### 应用于LH1和LH2复合体 ##### LH1复合体 LH1复合体是围绕着反应中心的核心天线，其结构呈现高度对称性。它主要由一系列细菌叶绿素连接在横跨膜多肽上构成。由于LH1中色素分子间距离较近，导致了较强的相互作用能，因此激子效应在其结构中显得尤为重要。然而，对于LH1的具体应用案例，文中并未详述。 ##### LH2复合体 LH2复合体作为LH1的外围天线，同样具有高对称性结构。与LH1不同的是，LH2中外部的Bchl800环间的较大间隔导致了较小的相互作用能，因此这些部分可以认为是由单体组成，激子效应可以被忽略。而在内部的B850环中，色素分子间的距离很小，导致了强烈的激子效应。因此，将B850环视为一个由二聚体组成的环链模型来进行分析。 **具体应用案例：** - **Rs. molischianum**: 具有8折旋转对称性，由16个Bchl分子组成，形成8个二聚体。该复合体有6个能级，其中4个非简并能级和6个简并对。基于二聚体能级的特征，激子能带分为上下两个子能带。由于对称性结构，仅2个非简并能级和2个简对阵具有非零振子强度，构成了激子能迁的带中的上下吸收峰。通过点偶极子近似计算所有色素分子间的相互作用能，得出整个激子带宽度为1250cm⁻¹，上下子能带的宽度分别为468cm⁻¹和763cm⁻¹。 - **Rps. acidophila**: 具有9折旋转对称性，结构相似但能级分布略有不同。具体细节需进一步研究。 #### 数值模拟结果 通过对LH1和LH2复合体的吸收和圆二色性光谱进行数值模拟，结果显示与实验测量结果的主要特征相吻合。这意味着环形链模型能够有效地预测紫色光合细菌中LH1和LH2复合体的光谱特性，为理解这些复杂生物体系中的能量传递机制提供了重要的理论依据。 #### 结论 通过利用环形链模型计算紫色光合细菌LH1和LH2复合体的激子态的振子强度和圆二色性(CD)，本文不仅揭示了这些复合体内部复杂的相互作用机制，而且验证了模型的有效性和实用性。这对于深入理解光合作用过程中的能量转移机制具有重要意义，并为未来设计更加高效的人工光合系统提供了理论基础。