光合成光捕集システムにおけるエキシトン：分子動力学、量子化学、ポラロンモデルを組み合わせた研究

光捕集複合体における色素-色素および色素-タンパク質相互作用の動力学を、分子動力学シミュレーションと量子化学計算、およびポラロンモデル分析を組み合わせたアプローチで研究しました。光捕集（LH）複合体の分子動力学シミュレーションは、リン脂質二重層に埋め込まれた緑色非硫酸還元細菌（Rhodospirillum molischianum）のLH-II複合体から成る87,055原子のシステムで行われました。16のB850バクテリオクロロフィル（BChls）の各々について、分子動力学シミュレーションから生まれた幾何学に基づいて400の第一原理量子化学計算を行い、色素励起エネルギーの時間依存の変動を決定しました。これらの計算結果から、B850エキシトンシステムの時間依存ハミルトニアンを構成し、線形応答理論に基づいて吸収スペクトルを決定します。最後に、エキシトンと結合したフォノン自由度を量子力学で説明するためにポラロンモデルが導入されます。ポラロンモデルに入るエキシトン-フォノン結合および対応するフォノンスペクトル関数は、分子動力学と量子化学のシミュレーションから導出されます。このモデルは、B850 BChl環のエキシトンが室温で5つの色素にわたって非局在化していると予測しています。また、ポラロンモデルは、個々のBChlsの励起エネルギーの自己相関関数の単独の知識からB850エキシトンの吸収および円二色性スペクトルを計算することを許可します。これらの結果は、実験的に測定された吸収および円二色性スペクトルと良い一致が得られました。