|
|
Elektron-fononová vazba ve finitních systémech s více chromofory
Herman, Daniel ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Profant, Václav (oponent)
Kvantové systémy v prírode interagujú s ostatnými kvantovými systémami a sú príkladmi otvorených kvantových systémov. V tejto práci poskytujeme úvod do teórie otvorených kvantových systémov s dôrazom na dynamiku molekulárnych systémov v proteínovom prostredí. Ďalej sa budeme venovať technikám potrebných na konštrukciu pohybových rovníc pre dynamiku vybraných kvantových systémov s vplyvom lázne, kde pracujeme s konečným počtom stupňov voľnosti. Porovnávame exaktný výpočet dynamiky konečného systému s výsledkami obdržanými pomocou aproximatývnych pohybových rovníc za po- užitia ansatzu pre stupne voľnosti lázne. Tiež preformulujeme exaktné rovnice do časovo nelokálnej riadiacej rovnice pomocou projektívnej tehniky a porovnáme kvalitu výsledkov z tejto riadiacej rovnice. Časový vývoj študovaných systémov je tiež porovnaný s časovým vývojom určeného pomocou Schrödigerovej a Liouville-von Neumannovej rovnice. 1
|
|
|
Krátkočasová delokalizace a absorpce světla
Vokrouhlický, David ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Veis, Libor (oponent)
Koherentní delokalizace excitonů zlepšuje funkci sběru světla fotosyntetických antén tím, že vytváří podmínky pro velmi rychlý přenos excitace v prostoru. Tato práce se zaměřuje na dva různé efekty vytvářející koherenci - krátkodobé excitace světlem a sla- bou vazbu mezi pigmenty, které jsou v systému přítomny v delším časovém měřítku. Je vypočten vývoj a relaxace jednoduchých systémů - dimeru a trimeru. Hlavní část práce prezentuje nové numerické metody pro rozlišení dvou typů koherence v průběhu evoluce, a jejich aplikaci na zmíněné systémy. 1
|
|
|
Výpočty elektronové struktury biologicky relevantních komplexů přechodných kovů
Matoušek, Mikuláš ; Veis, Libor (vedoucí práce) ; Mančal, Tomáš (oponent)
Porfyriny jsou důležitou skupinou molekul, která je intenzivně studována, jak ex- perimentálně, tak výpočetně. Ale, přes veškerou snahu, u mnoha otázek stále nejsme schopni dosáhnout konzistentní shody mezi teorií a experimentem. Jednou z dosud nevyřešených otázek je charakter základního stavu molekuly Fe(II)-porfyrinu. Použili jsme model molekuly Fe(II)-porfyrinu, na kterém jsme studovali efekt změn geometrie na pořadí spinových stavů. Pomocí rozsáhlých DMRG-CASSCF výpočtů se zahrnutím dynamické korelace metodou TCCSD(T) se nám podařilo spojit efekt těchto geomet- rických změn s experimentálními daty výsledky, a předpovědět, že izolovaná molekula Fe(II)-porfyrinu bude mít kvintetní základní stav. Navíc, s použitím koordinovaného porfyrinu, náležící do skupiny komplexů železnatého porfyrinu s karbenem, ukazujeme, že i geometrické změny mimo porfyrinové jádro nemohou být přehlíženy. 1
|
|
|
Role of system-bath interaction time-scales in photosynthetic excitation energy transfer
Malý, Pavel ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Croce, Roberta (oponent) ; Polívka, Tomáš (oponent)
ROLE ASOVÉ 'KÁLY INTERAKCE SYSTÉM-LÁZE VE FOTOSYNTETICKÉM P ENOSU EXCITANÍ ENERGIE Tato práce se věnuje vlivu rychlého a pomalého molekulárno pohybu na přenos excitační energie ve fotosyntetick- ých světlosběrných komplexech. Vyvinuli jsme nový teoretický popis vnitromolekulárních vibračních mod· a zjistili jsme, že jejich resonance s energetickými rozdíly mezi fotosyntetickými pigmenty m·že vést ke zrychlení přenosu energie. Použitím jednomolekulární spektroskopie jsme pozorovali jak pomalé změny bílkovinné konformace mohou zcela změnit stav světlosběrného komplexu LHCII vyšších rostlin. Také jsme vyvinuli novou experimentální techniku, dvoupulzní ultrarychlou jednomolekulární spektroskopii. S její pomocí m·žeme pozorovat jak pomalý pohyb bílkoviny bakteriální antény LH2 ovlivňuje ultrarychlou relaxaci energie uvnitř komplexu. Konstrukcí jednotného modelu pro ultrarychlé objemové a jednomolekulární experimenty se nám podařilo zakomponovat rychlou a pomalou časovou škálu molekulárního pohybu do jednoho pohledu na fotosyntetický sběr světla.
|
|
|
Structure and selforganization of aggregates of photosynthetic molecules
Sláma, Vladislav ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Duffy, Christopher (oponent) ; Veis, Libor (oponent)
V této práci se zabýváme využitím kombinace kvantově chemických (QC) metod a molekulárně dynamických (MD) simulací s Frenkelovým excitonovým modelem (FEM) pro výpočet a simulaci optických vlastností a přenosu excitační energie v komplexních molekulárních systémech na základě známé molekulární struktury. Kombinace QC a MD metod představuje velice účinný nástroj pro studium a vysvětlení procesů na molekulární úrovni, které jsou za hranicemi standartní parametrizace FEM. Tyto metody jsou využity pro studium a vysvětlení molekulárního mechanismu přenosu excitační energie v rylenových systémech, zejména pro vysvětlení rychlého přenosu excitační energie v dyádě rylenových molekul s kolmým uspořádáním přechodových dipólů, kde by podle standartního FEM žádný přenos energie neměl nastat. Na fundamentální úrovni propojíme FEM s QC metodou konfigurační interakce, navrhneme rozšíření FEM, které zahrnuje interakci s více excitovanými stavy a studujeme vliv těchto interakcí na optické vlastnosti molekulárních agregátů. Na základě inspirace základními vlastnostmi FEM je představen nový koncept umělé světlo-sběrné antény, založené na florografenu a jejíž konstrukční principy jsou in- spirovány přírodními...
|
|
| |
|
| |
|
|
Theory of Relaxation and Energy Transfer in Open Quantum Systems
Olšina, Jan ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Valkunas, Leonas (oponent) ; Szöcs, Vojtech (oponent)
Práce shrnuje základy teorie relaxace, přenosu energie a dekoherence ve foto- syntetických molekulárních agregátech popsaných jako otevřené kvantové systémy a základy teorie koherentní nelineární spektroskopie třetího řádu. Práce prezen- tuje dvě metody pro výpočet fotoindukované dynamiky molekulárních agregátů. Tyto metody odstraňují jisté aproximace běžně užívané při popisu relaxace a přenosu energie v molekulárních systémech na sub-pikosekundové časové škále. První metoda, odvozená ve formalismu parametrických projekčních operátorů, zahrnuje vliv korelací mezi prvním a druhým intervalem nelineární funkce odezvy druhého řádu běžně zanedbávaných ve formalismu řídících rovnic. Druhá metoda představuje stochastický model přesné dynamiky založený na kumulantním rozvoji. Práce také prezentuje analýzu vlivu sekulární a markovské aproximace v popisu dynamiky odvozeném v druhém řádu poruchové teorie v systém-lázňové vazbě s důrazem na dobu života excitonové koherence.
|
|
|
Samoregulační mechanismy fotosyntetických systémů
Semerák, Matěj ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Holá, Dana (oponent)
Fotosyntéza, pochod využívající energie dopadajících fotonů k pohonu elektrontransportního řetězce tvořícího membránový gradient pH, je v přírodě rozšířeným způsobem obživy. Intenzita slunečního záření však může překročit míru, již jsou organismy schopny svými aparáty zvládnout. Za této situace přicházejí na řadu nezbytné ochranné mechanismy, bezpečně odvádějící přebytečnou energii. Teorií o podstatě a regulaci těchto funkcí již bylo vypracováno mnoho a nové se stále objevují. Zdá se, že pozornost se soustřeďuje především na anténní komplex LHCII. Lze konstatovat, že ochranu s velkou pravděpodobností zajišťuje více mechanismů, přičemž panuje poměrně ustálený názor, že klíčovou roli v jejich spouštění hraje klesající pH. To je logické, neboť čím více fotonů přichází, tím intenzivněji probíhá transport protonů přes membránu, čili velikost ΔpH odráží rovnováhu mezi mírou spotřeby ATP a osvětlením membránového aparátu. Obecně se fenomén nazývá NPQ (nefotochemické zhášení), protože zeslabuje fluorescenci chlorofylu. Významnou úlohu zastávají patrně karotenoidy, hlavně zeaxantin, vznikající v kyselém prostředí činností violaxantin deepoxidasy; poskytuje chlorofylům energetickou past při excitačních interakcích. Dochází i ke konformačním změnám (zejm. proteinu PsbS), fosforylaci fotosystémů a dalším procesům.
|
|
|
Samoorganizace a optické vlastnosti malých molekulárních agregátů
Sláma, Vladislav ; Mančal, Tomáš (vedoucí práce) ; Chvosta, Petr (oponent)
Tato práce se zabývá popisem agregace karotenoidů ve vodných roztocích. Jsou zde analyzovány hlavní interakce podílející se na agregaci a na základě tohoto je představen efektivní způsob popisu agregace karotenoidů, který vede ke značnému urychlení výpočtů. Dále jsou zde vypracovány dvě metody výpočtu pravděpodobnostní distribuce konfigurací karotenoidů v roztocích, s různými koncentracemi vody, a diskutovány jejich přednosti a nedostatky. Z těchto distribucí byly vypočteny absorpční spektra a porovnány s experimentálně naměřenými. Je také diskutován vliv vody na formování různých druhů agregátu a její vliv na tvar absorpčních spekter. Výsledky práce budou sloužit jako základ pro další přesnější metody popisu agregace, které budou zahrnovat i efekty slabších interakcí mezi karotenoidy.
|
host ::
RSS.