Driving Charge Transport in Chromophore-Protein Complexes through Tryptophan Pathways
Project goals
Sequential photoinduced charge transport along tryptophan-based "hopping" pathways will be investigated in protein (azurin) constructs containing a covalently attached organometallic photosensitizer, as well as in molecular donor-acceptor assemblies. In azurins, we will investigate hole hopping dynamics through two different pathways as a function of their composition, cofactor distances and orientation, and spectroscopically characterize tryptophan radical-cationic intermediates. Combination of system design/synthesis, cutting edge ultrafast time-resolved spectroscopic experiments (namely structure-sensitive femtosecond stimulated Raman and IR absorption), and high-level quantum mechanical dynamical simulations will provide deep insight into electron/hole hopping mechanism and unravel critical factors controlling charge-separation kinetics and yields. This new knowledge will be applied to propose a functional azurin-based "photoenzyme" whose demonstration will pave the way toward future development of enzymatic photocatalysis relevant to artificial photosynthesis.
Keywords
charge separationelectron transferhole hoppingproteinazurintime resolved spectroscopyfemtosecond stimulated Ramaninfrared spectroscopyquantum chemistrymolecular dynamicstryptophanphotophysicsphotocatalysisphotoenzymesultrafast
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202100005
Main participants
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
21-05180S
Alternative language
Project name in Czech
Přenos náboje v chromofor-proteinových komplexech tryptofanovými drahami
Annotation in Czech
Sekvenční fotoindukovaný přenos náboje podél tryptofanových drah bude studován v protein-azurinových systémech s kovalentně navázaným organometalickým fotosensitizátorem a v molekulárních donor-akceptorových komplexech. V azurinech budeme studovat dynamiku sekvenčního přeskoku náboje dvěma různými drahami v závislosti na jejich složení, vzdálenostech a orientaci kofaktorů a budeme spektroskopicky charakterizovat tryptofanové radikál-kationtové meziprodukty. Kombinace designu a syntézy proteinových a molekulárních systémů, časově rozlišených spektroskopických experimentů (využívajících strukturně-specifickou femtosekundovou stimulovanou Ramanovu a infračervenou spektroskopii) spolu s pokročilými kvantově chemickými molekulárně dynamickými simulacemi povedou k hlubokému porozumění sekvenčního přenosu elektronů a "děr" a odhalí kritické faktory určující kinetiku a výtěžky separace náboje. Jejich znalost bude využita k návrhu funkčního fotoenzymu založeného na azurinu, jehož realizace otevře cestu k budoucímu vývoji enzymatické fotokatalýzy, například pro umělou fotosyntézu.
Scientific branches
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2021
Realization period - end
Jun 30, 2024
Project status
—
Latest support payment
Apr 1, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Mar 12, 2025
Finance
Total approved costs
11,856 thou. CZK
Public financial support
11,769 thou. CZK
Other public sources
87 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
11 856 CZK thou.
Public support
11 769 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Biophysics
Solution period
01. 01. 2021 - 30. 06. 2024