Comparison of quantum-classical model of rhodopsin photoisomerization with a quantum-mechanical model approach of Hahn and Stock

Abstract

Проведён сравнительный анализ возможностей двух упрощённых математических моделей цис-транс фотоизомеризации хромофора (ретиналя) в родопсине: квантово-классического подхода и модели Хан–Стока. Квантово-класcический подход, включающий три вибронных состояния, разработан нашей группой ранее. Квантовая подсистема состоит из: (i) основного состояния молекулы родопсина, (ii) возбуждённого состояния и (iii) первичного фотопродукта в основном состоянии. Классическая подсистема включает одинаковые точечные массы; их отклонение от равновесных положений регулируется упругими константами. В традиционной квантовомеханической модели Хан–Стока, включающей два состояния, в качестве переменных взяты коллективная координата реакции и продольные колебательные моды системы двойных связей. Проведены численные исследования квантово-классической модели. Продемонстрирована ключевая роль коэффициента трения. Показано, что наилучшее соответствие экспериментам наблюдается тогда, когда диссипация основной части избыточной энергии фотовозбуждения совпадает по времени с элементарным актом фотореакции. Такой "силовой барьер" очень трудно учесть в квантовомеханическом подходе Хан–Стока. Таким образом, квантово-классическое моделирование открывает большие возможности в плане исследований механизма фотореакции в родопсине.