Quantum-classical modeling of rhodopsin photoisomerization

Показана сводимость описания первичных событий цис-транс фотоизомеризации родопсинового хромофора (ретиналя) к минимальной одномерной квантово-классической математической модели. Разработанная модель аналогична традиционным квантово-классическим подходам и не требует сложных квантовохимических и молекулярно-динамических расчëтов. Квантовая подсистема модели включает 3 электронных состояния родопсина: (1) основное состояние, (2) возбуждëнное состояние и (3) основное состояние первичного фотопродукта. Результаты моделирования прекрасно согласуются с экспериментальными данными с точки зрения квантового выхода, времëн достижения конического пересечения ППЭ и завершения квантовой эволюции, характеристического диапазона низких частот, сопровождающих процесс фотоизомеризации 11-цис ретиналя, а также когерентного характера реакции. Путëм анализа процесса диссипации показано эффективное перераспределение избыточной энергии между колебательными модами родопсина. Полученные результаты подтверждают правильность минимальной математической модели, несмотря на еë одномерный характер. Элементарность фотореакции и локальный характер смещений атомных групп впервые продемонстрированы при помощи элементарной математической модели.