Molecular Mechanisms of Proton-coupled Electron Transfer and Water Oxidation in Photosystem

این کتاب به بررسی اکسیداسیون آب فتوسنتزی و انتقال الکترون جفت شده با پروتون در فتوسیستم می پردازد و بر ارتعاشات مولکولی باقی مانده های اسید آمینه و مولکول های آب تمرکز می کند. اکسیداسیون آب فتوسنتزی که توسط گیاهان و سیانوباکتری ها انجام می شود برای حفظ حیات روی زمین، نه تنها به عنوان منبع الکترونی برای سنتز قندها از CO₂، بلکه به عنوان یک O₂ منبع در جو. اکسیداسیون آب در خوشه Mn₄CaO₅ در فتوسیستم II رخ می دهد، جایی که یک سری واکنش های انتقال الکترون همراه با انتقال پروتون با استفاده از انرژی نور رخ می دهد. نویسنده به مکانیسم‌های حل نشده اکسیداسیون آب فتوسنتزی و واکنش‌های انتقال الکترون مرتبط با پروتون با استفاده از رویکرد ترکیبی روش‌های تجربی و محاسباتی مانند طیف‌سنجی تفاوت مادون قرمز تبدیل فوریه و محاسبات شیمیایی کوانتومی می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهد که پروتوناسیون و ساختارهای پیوند هیدروژنی مولکول‌های آب و باقی مانده‌های اسید آمینه در پروتئین نقش مهمی در تنظیم واکنش‌های انتقال الکترون و پروتون دارند. این یافته ها و روش شناسی کمک قابل توجهی به درک ما از مکانیسم مولکولی اکسیداسیون آب فتوسنتزی می کند.

The book reviews photosynthetic water oxidation and proton-coupled electron transfer in photosystem, focusing on the molecular vibrations of amino acid residues and water molecules. Photosynthetic water oxidation performed by plants and cyanobacteria is essential for the sustenance of life on Earth, not only as an electron source for synthesizing sugars from CO₂, but also as an O₂ source in the atmosphere. Water oxidation takes place at the Mn₄CaO₅ cluster in photosystem II, where a series of electron transfer reactions coupled with proton transfer occur using light energy. The author addresses the unresolved mechanisms of photosynthetic water oxidation and relevant proton-coupled electron transfer reactions using a combined approach of experimental and computational methods such as Fourier transform infrared difference spectroscopy and quantum chemical calculations. The results show that protonation and hydrogen-bond structures of water molecules and amino acid residues in the protein play important roles in regulation of the electron and proton transfer reactions. These findings and the methodology make a significant contribution to our understanding the molecular mechanism of photosynthetic water oxidation.