Excited state dynamics of carotenoids in solution and proteins

Mgr. Pavel CHÁBERA

Doctoral thesis

Abstract:

Časově rozlišená spektroskopie je jednou z klíčových metod používaných ke studiu procesů odehrávajících se na molekulární úrovni v biologických systémech. Její uplatnění je neocenitelné zejména při sledování rychlých procesů probíhajících ve fotosyntetickém aparátu fotosyntetizujících organismů, jako přenos energie či elektronu. Tato metoda je s úspěchem využívána ke studiu procesů přenosu energie a elektronu. Nedílnou součástí fotosyntetického aparátu jsou karotenoidy, jejichž role ve fotosyntetickém procesu je výrazně méně prozkoumána než v případě chlorofylů. Bylo prokázáno, že karotenoidy se aktivně účastní přenosu excitační energie v anténách a hrají klíčovou roli v ochraně fotosyntetických organismů proti poškození v důsledku nadměrného ozáření. V neposlední řadě působí rovněž jako donory elektronu jak v anténách tak v reakčních centrech. Fotofyzikální vlastnosti karotenoidů jsou však výrazně odlišné od vlastností jiných organických barviv a tato skutečnost značně komplikuje studium jejich funkcí jak ve fotosyntéze tak i v jiných biologických systémech. Tato práce se zabývá využitím pokročilých metod femtosekundové spektroskopie k prohloubení znalostí funkcí karotenoidů v různých biologických systémech, se speciálním zaměřením na karotenoidy obsahující karbonylovou skupinu.

Abstract:

Time resolved spectroscopy is one of the crucial methods used to study processes on molecular level in biological systems. It is useful especially for monitoring fast processes that take a place in photosynthetic apparatus of photosynthetic organisms, such as electron and energy transfer. The integral parts of photosynthetic apparatus are carotenoids, whose role in the photosynthetic apparatus is not as well explored as it is for chlorophylls. It was proved that carotenoids actively participate in energy transfer processes in photosynthetic antennas. They have a crucial role in protection against excess energy damage. They are also electron donors in both antennas and reaction centers. The fact that photo-physical properties of carotenoids are much different from properties of others organic pigments, complicates studies of their functions in photosynthesis as well as in other biological systems. This thesis employs advanced methods of femtosecond spectroscopy to obtain more information about carotenoid functions in some biological systems and in solution with special focus on carotenoids containing carbonyl group.

Keywords

dynamika excitovaných stavů, karbonylové karotenoidy, hydrofilní karotenoidy, charge-transfer stav, S-star stav, molekulární struktura, závislos na rozpouštědle, přenos energie, přenos elektronu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 5. 2010

Accessible from:: 24. 5. 2010

Identifier: 12635

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2010

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Institute of Physical Biology

Doctoral programme / field:
Biophysics / Biophysics