Struktūra

Atgal

Dinaminiai reiškiniai biofizikoje

Pagrindiniai tyrėjai

  • Prof. Leonas Valkūnas ✉
  • Dr. Jevgenij Chmeliov ✉
  • Dr. Andrius Gelžinis ✉
  • Dr. Gediminas Trinkūnas ✉
  • Dr. Marijonas Tutkus ✉
Dinaminių reiškinių, molekuliniu lygmeniu vykstančių įvairiose biofizikinėse sistemose, nagrinėjimas yra viena iš šiuolaikinių mokslo šakų, atsiradusi fizikos, chemijos, biologijos ir matematikos mokslų sandūroje: tai yra gyvojoje gamtoje aptinkamos molekulinės sistemos, vykdančios svarbias biologines funkcijas (pvz., šviesos sugertis fotosintezėje, krūvio pernaša per membraną ląstelėse, vaizdo registravimas akies receptoriuose, informacijos išsaugojimas DNR molekulėje ir kt.), kurias nulemia sistemą sudarančių molekulių – baltymų, pigmentų, nukleotidų – cheminės ir fizikinės savybės. Šiems reiškiniams būdingas gana platus pasiskirstymas tiek laiko (nuo femtosekundžių iki minučių), tiek erdvės (nuo angsremų iki mikrometrų) atžvilgiu, todėl jų tyrimui reikalinga itin aukštos laikinės ir spektrinės rezoliucijos laboratorinė įranga. Atitinkamai, klasikinio ir kvantinio aprašymų sandūroje vykstantiems reiškiniams suprasti ir eksperimentiniams stebėjimams paaiškinti itin svarbų vaidmenį atlieka duomenų analizės ir naujų teorinių metodų vystymas bei kompiuterinis modeliavimas.
 
Pastaruoju metu laboratorijoje ypatingai plačiai vystoma fotosintezės ir fotoapsaugos tematika tiriant už augalų, dumblių ir kai kurių bakterijų fotosintezę atsakingų šviesorankos pigmentų ir baltymų kompleksų savybes: fotonų sugertį, susidariusio elektroninio sužadinimo pernašą per fotosintetinių pigmentų tinklą, šios energijos panaudojimą krūvio atskyrimui, taip pat molekuliniu lygmeniu vykstančią natūralią fotoapsaugą – šios energijos saugų išsklaidymą šilumos pavidalu esant per dideliam apšvietimui. Aktyviai bendradarbiaujama su kolegomis iš kitų pasaulio laboratorijų – Londono, Amsterdamo, Paryžiaus, Lundo, Mičigano ir kt., – ultrasparčiosios sugerties ir fluorescencijos bei pavienių molekulių mikroskopijos metodais tiriami iš jų gauti bandiniai, vykdomi mūsų ir mūsų bendradarbių laboratorijose išmatuotų duomenų analizė bei atitinkamų reiškinių modeliavimas.

Vykdomi projektai
  • Mokslininkų grupių projektas “ Molekuliniai fotosintetinės šviesorankos ir reguliacijos mechanizmai” (Nr. S-MIP-20-44), 2020-2022 m., 150 tūkst. EUR.

  • Žilibero (Lietuvos ir Prancūzijos mokslininkų bendradarbiavimo) projektas „Fotosintetinė šviesoranka: nuo molekulės iki membranos“ (Nr. S-LZ-19-3), 2019–2021 m., 24 970 EUR.
Mokslinės publikacijos (2016–2020 m.)
  1. V. Mascoli, A. Gelzinis, J. Chmeliov, L. Valkunas, R. Croce, Light-harvesting complexes access analogue emissive states in different environments, Chem. Sci. 11, 5697–5709, 2020.
  2. J. Chmeliov, H. van Amerongen, Instantaneous switching between different modes of non-photochemical quenching in plants. Consequences for increasing biomass production, Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1861, 148119, 2020.
  3. M. Tutkus, F. Saccon, J. Chmeliov, O. Venckus, I. Ciplys, A. V. Ruban, L. Valkunas, Single-molecule microscopy studies of LHCII enriched in Vio or Zea, Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1860, 499–507, 2019.
  4. A. Gelzinis, R. Augulis, V. Butkus, B. Robert, L. Valkunas, Two-dimensional spectroscopy for non-specialists, Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1860, 271–285, 2019.
  5. M. Tutkus, P. Akhtar, J. Chmeliov, F. Gorfol, G. Trinkunas, P. H. Lambrev, L. Valkunas, Fluorescence Microscopy of Single Liposomes with Incorporated Pigment–Proteins, Langmuir 34, 14410–14418, 2019.
  6. M. J. Llansola-Portoles, K. Redeckas, S. Streckaite, C. Ilioaia, A. A. Pascal, A. Telfer, M. Vengris, L. Valkunas, B. Robert, Lycopene crystalloids exhibit singlet exciton fission in tomatoes, Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 8640–8646, 2018.
  7. S. Farooq, J. Chmeliov, E. Wientjes, R. Koehorst, A. Bader, L. Valkunas, G. Trinkunas, H. van Amerongen, Dynamic feedback of the photosystem II reaction centre on photoprotection in plants, Nat. Plants 4, 225–231, 2018.
  8. A. Gelzinis, J. Chmeliov, A. V. Ruban, L. Valkunas, Can red-emitting state be responsible for fluorescence quenching in LHCII aggregates?, Photosynth. Res. 135, 275–284 2018.
  9. G. Trinkunas, J. Chmeliov, Fluctuating Antenna Model: Applications and Prospects, Lith. J. Phys. 58, 379–390, 2018.
  10. M. Tutkus, J. Chmeliov, D. Rutkauskas, A. V. Ruban, L. Valkunas, Influence of the Carotenoid Composition on the Conformational Dynamics of Photosynthetic Light-Harvesting Complexes, J. Phys. Chem. Lett. 8, 5898–5906, 2017.
  11. A. Gelzinis, D. Abramavicius, J. P. Ogilvie, L. Valkunas, Spectroscopic properties of photosystem II reaction center revisited, J. Chem. Phys. 147, 115102, 2017.
  12. K. F. Fox, V. Balevicius Jr., J. Chmeliov, L. Valkunas, A. V. Ruban, C. D. P. Duffy, The carotenoid pathway: what is important for excitation quenching in plant antenna complexes?, Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 22957–22968, 2017.
  13. J. Pan, A. Gelzinis, V. Chorosajev, M. Vengris, S. S. Senlik, J.-R. Shen, L. Valkunas, D. Abramavicius, J. P. Ogilvie, Ultrafast energy transfer within the photosystem II core complex, Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 15356–15367, 2017.
  14. V. Butkus, J. Alster, E. Bašinskaite, R. Augulis, P. Neuhaus, L. Valkunas, H. L. Anderson, D. Abramavicius, D. Zigmantas, Discrimination of Diverse Coherences Allows Identification of Electronic Transitions of a Molecular Nanoring, J. Phys. Chem. Lett. 8, 2344–2349, 2017.
  15. J. M. Gruber, P. Xu, J. Chmeliov, T. P. J. Kruger, M. T. A. Alexandre, L. Valkunas, R. Croce, R. van Grondelle, Dynamic quenching in single photosystem II supercomplexes, Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 25852–25860, 2016.
  16. J.  Chmeliov, A. Gelzinis, E. Songaila, R. Augulis, C. D. P. Duffy, A. V. Ruban, L. Valkunas, The nature of self-regulation in photosynthetic light-harvesting antenna, Nat. Plants 2, 16045, 2016.
  17. S. Farooq, J. Chmeliov, G. Trinkunas, L. Valkunas, H.  van Amerongen, Is There Excitation Energy Transfer between Different Layers of Stacked Photosystem-II-Containing Thylakoid Membranes?, J. Phys. Chem. Lett. 7, 1406–1410, 2016.
  18. D. Abramavicius, L. Valkunas, Artificial Photosynthesis: Theoretical Background, in: Artificial Photosynthesis, ed. B. Robert, Advances in Botanical Research 79, 129–167, 2016.
  19. D. Abramavicius, L. Valkunas, Role of coherent vibrations in energy transfer and conversion in photosynthetic pigment–protein complexes, Photosynth. Res. 127, 33–47, 2016.
  20. J. Chmeliov, G. Trinkunas, H. van Amerongen, L. Valkunas, Excitation migration in fluctuating light-harvesting antenna systems, Photosynth. Res. 127, 49–60, 2016.