Quantum chemical insights in energy dissipation and carotenoid radical cation formation in light harvesting complexes

文献情報

出版日 2007-04-25
DOI 10.1039/B703028B
インパクトファクター 3.676
著者

Michael Wormit, Andreas Dreuw


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要旨

Light harvesting complexes (LHCs) have been identified in all photosynthetic organisms. To understand their function in light harvesting and energy dissipation, detailed knowledge about possible excitation energy transfer (EET) and electron transfer (ET) processes in these pigment proteins is of prime importance. This again requires the study of electronically excited states of the involved pigment molecules, in LHCs of chlorophylls and carotenoids. This paper represents a critical review of recent quantum chemical calculations on EET and ET processes between pigment pairs relevant for the major LHCs of green plants (LHC-II) and of purple bacteria (LH2). The theoretical methodology for a meaningful investigation of such processes is described in detail, and benefits and limitations of standard methods are discussed. The current status of excited state calculations on chlorophylls and carotenoids is outlined. It is focused on the possibility of EET and ET in the context of chlorophyll fluorescence quenching in LHC-II and carotenoid radical cation formation in LH2. In the context of non-photochemical quenching of green plants, it is shown that replacement of the carotenoid violaxanthin by zeaxanthin in its binding pocket of LHC-II can not result in efficient quenching. In LH2, our computational results give strong evidence that the S1 states of the carotenoids are involved in carotenoid cation formation. By comparison of theoretical findings with recent experimental data, a general mechanism for carotenoid radical cation formation is suggested.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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