Fenna-Matthews-Olson-komplexet (FMO) är en integrerad antenn av ljusskördekomplexet av gröna svavelbakterier , som förmedlar överföringen av excitationsenergi från klorosomer till bakteriella reaktionscentra (RC) inbäddade i membranet .
Pigment-proteinkomplexet isolerades och beskrevs först 1962 av pionjärbiokemisten John Melvin Olson (1929–2017) och hans assistent Carol Romano. Källan till materialet var en bakteriekultur tillhandahållen av den sovjetiska mikrobiologen Elena Nikolaevna Kondratieva (1925-1995) [2] .
FMO blev det första pigment-proteinkomplexet vars tredimensionella struktur beskrevs med röntgenspektroskopi . Komplexet fick sitt namn efter upptäckaren John Olson och kristallograferna Roger Fenna (f. 1947) och Brian Matthews (f. 1938) [3] .
Det är en trimer av vattenlösligt pigment - proteinkomplex . Var och en av de tre monomererna innehåller 7 bakterioklorofyll a -molekyler . De är länkade genom en proteinställning som bildar en koordinationsbindning till den centrala magnesiumatomen, antingen genom en aminosyrarest (huvudsakligen histidin ) eller via vattenbryggor (endast en bakterioklorofyll på varje monomer).
Eftersom komplexets struktur är känd visade det sig vara möjligt att beräkna optiska spektra baserat på denna information för jämförelse med experimentella data [4] [5] . I det enklaste fallet tas endast hänsyn till excitonkonjugationen av bakterioklorofyller [6] . Mer realistiska modeller tar också hänsyn till pigment-proteinkonjugationen [7] . En viktig egenskap är den lokala energiöverföringen (positionsenergin) av bakterioklorofyller, som är individuell för varje pigmentmolekyl på grund av dess proteinmiljö. Det är positionsenergin hos bakterioklorofyller som bestämmer riktningen för energiflödet.
Det var möjligt att få en del information om strukturen av FMO-RC-superkomplexet, vilket erhölls med hjälp av elektronmikroskopi [8] [9] och linjära dikroismspektra uppmätt på FMO-trimerer och FMO-RC-komplexet. Från dessa mätningar blev det klart att två orienteringar av FMO i förhållande till reaktionscentrumet (RC) är möjliga. Orienteringen där bakterioklorofyll 3 och 4 är belägna nära RC, och bakterioklorofyll 1 och 6 (efter den ursprungliga numreringen av Fenna och Matthews) ser mot klorosomer främjar effektiv energiöverföring [10] .
PMO-komplexet representerar det enklaste ljusskördande komplexet som finns i naturen och är därför ett lämpligt testobjekt för utveckling av metoder som sedan kan överföras till mer komplexa system, som fotosystem I. FMO uppvisar förvånansvärt lång kvantkoherens , vilket spelar en viktig roll i energiöverföringsprocesser [1] .
Ljusskörd i fotosyntesen använder både klassiska och kvantmekaniska processer och har en verkningsgrad på nästan 100 %. I klassiska processer, för att ta emot ljusenergi, måste en foton nå reaktionscentrumen innan energin försvinner, det vill säga på mindre än en nanosekund. Detta händer dock inte under fotosyntesen. Eftersom energi kan existera i många tillstånd av superposition , kan den färdas alla vägar inom ett material samtidigt. När fotonen hittar rätt destination kollapsar superpositionen och gör energi tillgänglig. Detta är dock inte en rent kvantprocess, eftersom vissa kvantprocesser saktar ner rörelserna hos kvantiserade objekt i ett material. Till exempel förhindrar Anderson-lokalisering spridning av kvanttillstånd i oordnade medier. Eftersom ett kvanttillstånd beter sig som en våg är det sårbart för störningar och yttre påverkan. Ett annat problem är kvantzenoneffekten , vars essens är att ett instabilt kvanttillstånd aldrig förändras om det kontinuerligt mäts/observeras, eftersom det hela tiden ändrar det och förhindrar det från att kollapsa [11] [12] .
Samspelet mellan kvanttillstånd och miljön fungerar som ett slags mätning eller observation. Den klassiska interaktionen med omgivningen förändrar kvanttillståndets vågliknande natur i sådan utsträckning att den stör Andersons lokalisering, vilket resulterar i att kvantzenoneffekten ökar kvanttillståndets livslängd, vilket gör att det kan nå reaktionscentrum [11] .
Problemet med att hitta ett reaktionscentrum i en proteinmatris motsvarar formellt många problem inom datorteknik. Att kartlägga beräkningsproblem till att söka efter excitationsenergin i reaktionscentret kan göra ljusinsamling till en ny typ av beräkningsenhet, vilket ökar designhastigheten vid rumstemperatur och erhåller 100-1000 gånger effektiviteten [11] .