Orbital-Tuning des Elektrondonators in Photosystem II: Eine kombinierte Photo-CIDNP-MAS-NMR- und Theorie-Untersuchung

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Matysik; Professor Dr. Johannes Neugebauer
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biophysik ; Strukturbiologie ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253312009

Das photosynthetische Reaktionszentrum (RC) von Photosystem II (PS2) von Pflanzen ermöglicht lichtgetriebenen Elektronentransfer (ET) mit einer Quanteneffizienz von nahezu 100%. Das Oxidationspotential von bis zu 1,4 V, das für die Oxidation von Wasser notwendig ist, ist das höchste in der lebenden Natur. Die Kofaktor-Anordnung in der PS2-RCs zeigt eine starke Ähnlichkeit mit der von bakteriellen RCs von Purpurbakterien, aber die Arbeitsweise ist dennoch sehr unterschiedlich. Der Ursprung des außergewöhnlich hohen Redoxpotentials, die Orbital-Architektur und die Rolle der Proteinmatrix sind noch nicht vollständig verstanden. Wir wollen die Faktoren, die Orbitalenergien kontrollieren, analysieren. Moderne Photo-CIDNP Magic-Angle-Spinning (MAS)-NMR-Methoden sollen angewendet werden, um die Kofaktoren und ihrer Umgebung mit atomarer Auflösung zu studieren und dabei empirische Information zur lokalen elektronischen Struktur und lokaler Dynamik zu gewinnen. Die experimentellen Ergebnisse werden in enger Zusammenarbeit mit der theoretischen Modellierung basierend auf Kohn-Sham- bzw. Subsystem-Dichte-Funktional-Theorie (DFT) interpretiert werden. Verständnis der elektronischen Architektur und Steuerung wären eine Inspiration für künstliche Photosynthese.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: WB-Probenkopf
• Gerätegruppe: 1741 Festkörper-NMR-Spektrometer