光合作用光捕获系统中的激子：分子动力学/量子化学与极化子模型联合研究

我们采用一种结合分子动力学（MD）模拟与量子化学（QC）计算的新方法，研究了光捕获复合物中色素-色素和色素-蛋白质相互作用的动力学。对溶剂化并嵌入脂质双层中、处于生理条件下的LH-II复合物（总体系大小为87,055个原子）的MD模拟，揭示了水分子进入B800结合位点的路径，以及与晶体结构中的二聚化相比，B850细菌叶绿素环内二聚化增强的现象。基于MD模拟产生的几何构型，通过从头算QC计算确定了色素（B850细菌叶绿素）激发能随时间的涨落。根据这些计算结果，我们构建了B850激子系统的含时哈密顿量，并由此确定了线性吸收光谱。最后，引入一个极化子模型来量子力学地描述激子和振动（声子）自由度。进入极化子模型的激子-声子耦合以及相应的声子谱函数，均从MD/QC模拟中导出。我们证明了，在极化子模型的框架下，B850激子的吸收光谱可以从单个细菌叶绿素激发能的自相关函数计算得出，而该自相关函数可直接从MD/QC联合模拟中获得。所得结果与实验测量的吸收光谱吻合良好。