Complexe Fenna–Matthews–Olson - Fenna–Matthews–Olson complex
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Le Fenna- Matthews - Olson (FMO) complexe est un complexe soluble dans l'eau et a été le premier pigment - protéine complexe (PPC) soit la structure analysée par spectroscopie aux rayons X . Il apparaît dans les bactéries sulfureuses vertes et médie le transfert d'énergie d'excitation des chlorosomes photorécoltants vers le centre de réaction bactérien intégré à la membrane (bRC). Sa structure est trimérique (symétrie C3). Chacun des trois monomères contient huit molécules de bactériochlorophylle a (BChl a ). Ils sont liés à l'échafaudage protéique via la chélation de leur atome de magnésium central soit aux acides aminés de la protéine (principalement l' histidine ) soit aux atomes d'oxygène pontés par l'eau (un seul BChl a de chaque monomère).
Puisque la structure est disponible, le calcul de spectres optiques basés sur la structure est possible pour comparaison avec les spectres optiques expérimentaux. Dans le cas le plus simple, seul le couplage excitonique des BChls est pris en compte. Des théories plus réalistes considèrent le couplage pigment-protéine. Une propriété importante est l'énergie de transition locale (énergie de site) des BChls, différente pour chacun, en raison de leur environnement protéique local individuel. Les énergies de site des BChls déterminent la direction du flux d'énergie.
Certaines informations structurelles sur le super complexe FMO-RC sont disponibles, qui ont été obtenues par microscopie électronique et spectres de dichroïsme linéaire mesurés sur des trimères FMO et des complexes FMO-RC. A partir de ces mesures, deux orientations du complexe FMO par rapport au RC sont possibles. L'orientation avec BChl 3 et 4 proches du RC et BChl 1 et 6 (suivant la numérotation originale de Fenna et Matthews) orientée vers les chlorosomes est utile pour un transfert d'énergie efficace.
Objet de test
Le complexe est le PPC le plus simple apparaissant dans la nature et donc un objet de test approprié pour le développement de méthodes pouvant être transférées à des systèmes plus complexes comme le photosystème I. Engel et ses collègues ont observé que le complexe FMO présente une cohérence quantique remarquablement longue , mais après environ une décennie de débats, il a été montré que cette cohérence quantique n'a aucune signification pour le fonctionnement du complexe. De plus, il a été montré que les oscillations de longue durée observées dans les spectres sont uniquement dues à la dynamique vibrationnelle de l'état fondamental et ne reflètent aucune dynamique de transfert d'énergie.
Récolte de lumière quantique
La récolte de lumière dans la photosynthèse utilise à la fois des processus mécaniques classiques et quantiques avec une efficacité énergétique de près de 100 %. Pour que la lumière produise de l'énergie dans les processus classiques, les photons doivent atteindre les sites de réaction avant que leur énergie ne se dissipe en moins d'une nanoseconde. Dans les processus photosynthétiques, cela n'est pas possible. Parce que l'énergie peut exister dans une superposition d'états, elle peut parcourir toutes les routes à l'intérieur d'un matériau en même temps. Lorsqu'un photon trouve la bonne destination, la superposition s'effondre, rendant l'énergie disponible. Cependant, aucun processus purement quantique ne peut être entièrement responsable, car certains processus quantiques ralentissent le mouvement des objets quantifiés à travers les réseaux. La localisation d'Anderson empêche la propagation des états quantiques dans les milieux aléatoires. Parce que l'État agit comme une vague, il est vulnérable aux effets d'interférence perturbateurs. Un autre problème est l' effet zéno quantique , dans lequel un état instable ne change jamais s'il est mesuré/observé en continu, car l'observation pousse constamment l'état, l'empêchant de s'effondrer.
Les interactions entre les états quantiques et l'environnement agissent comme des mesures. L'interaction classique avec l'environnement modifie la nature ondulatoire de l'état quantique juste assez pour empêcher la localisation d'Anderson, tandis que l'effet zénon quantique prolonge la durée de vie de l'état quantique, lui permettant d'atteindre le centre de réaction. La longue durée de vie proposée de la cohérence quantique dans le FMO a incité de nombreux scientifiques à étudier la cohérence quantique dans le système, l'article d'Engel de 2007 étant cité plus de 1500 fois dans les 5 ans suivant sa publication. La proposition d'Engel est encore débattue dans la littérature avec la suggestion que les expériences originales ont été interprétées de manière incorrecte en attribuant les oscillations spectrales à des cohérences électroniques au lieu de cohérences vibrationnelles à l'état fondamental, qui devraient naturellement vivre plus longtemps en raison de la largeur spectrale plus étroite de la vibration. transitions.
L'informatique
Le problème de trouver un centre de réaction dans une matrice protéique est formellement équivalent à de nombreux problèmes informatiques. La cartographie des problèmes informatiques sur les recherches des centres de réaction peut permettre à la collecte de lumière de fonctionner comme un dispositif de calcul, améliorant les vitesses de calcul à température ambiante, offrant une efficacité de 100 à 1 000 fois.