Biofüüsika labor

02.12.2021

#teadus

kontakt:

Arvi Freiberg

Loodus- ja täppisteaduste valdkond

Loodus- ja täppisteaduste valdkonna emeriitprofessorid

emeriitprofessor

Füüsika instituut

Biofüüsika labor

laborijuhataja, akadeemik, emeriitprofessor

arvi.freiberg@ut.ee

+372 737 4612

asukoht: W. Ostwaldi 1, 50411 Tartu, D korpus, 1. korrus

Uurime bakteriaalse fotosünteesi esmaseid protsesse spektroskoopiliselt ja arvutimodelleerimise abil.
Katseobjektideks on looduslikest või geneetiliselt modifitseeritud fotosünteesivatest bakteritest eraldatud pigmendi-valgu kompleksid. Objektidega varustavad meid mitmed biokeemia laborid üle maailma.
Mõõdame objektide neeldumise, kiirguse, ning polarisatsiooni spektreid ultravioletist (valkude ribad) lähedase infrapunaseni (pigmentide ribad).
Pidevaid lasereid kasutame kõrglahutus-spektrite ning ülilühikese impulsiga lasereid kiirguse kustumise kineetika mõõtmiseks.
Teemantalasitega rõhurakk võimaldab rakendada objektidele kuni 50 kbar'st hüdrostaatilist rõhku ning heeliumi krüostaat jahtutada neid kui 10 K temperatuurini.
Erinevate komplekside spektraal-ajalised ning rõhu ja temperatuuri sõltuvused koos molekulaardünaamika ja kvantkeemia arvutuste tulemustega ning struktuuriandmetega annavad uut infot energia ülekande ja muundumise kohta fotosünteesis.
Detailsem info labori kohta on aadressil: utbiophys.eu

Vaata kõiki pilte (5)

Image		Arvi Freiberg labori juhataja biofüüsika professor, tead. dr., akadeemik, TÜMRI biofüüsika ja taimefüsioloogia õppetool E-post: arvi.freiberg@ut.ee Telefon: 5645 3175, 737 4612 Kabinet: D101 CV, viited: ETIS, ORCID, Eesti TA Publikatsioonid: Google Scholar, Publons, Mendeley, Scopus, Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` ) Juhendamised: UT DSpace
Image		Juha Matti Linnanto biofüüsika kaasprofessor, PhD E-post: juha.matti.linnato@ut.ee Telefon: 737 4747 Kabinet: D111 CV, viited: ETIS , ORCID Publikatsioonid: Google Scholar, Mendeley, Scopus, Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` ) Juhendamised: UT DSpace
Image		Margus Rätsep optika ja spektroskoopia kaasprofessor, PhD E-post: margus.ratsep@ut.ee Telefon: 737 4747 Kabinet: D111, Labor: D114 CV, viited: ETIS , ORCID Publikatsioonid: Mendeley, Scopus, Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` ) Juhendamised: UT DSpace
Image		Kõu Timpmann biofüüsika kaasprofessor, tead. knd. E-post: kou.timpmann@ut.ee Telefon: 5345 6149, 737 4738, 737 4739 Kabinet: D103, Labor: D113 CV, viited: ETIS , ORCID Publikatsioonid: Mendeley, Scopus , Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` ) Juhendamised: UT DSpace
Image		Erko Jalviste optika ja spektroskoopia teadur, PhD E-post: erko.jalviste@ut.ee Telefon: 505 2383, 737 4738 Kabinet: D103 CV, viited: ETIS, ORCID, LinkedIn Publikatsioonid: Google Scholar, Publons, Mendeley, Scopus, Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` )
Image		Liina Kangur biokeemia teadur, PhD E-post: liina.kangur@ut.ee Telefon: 507 1061 Labor: D116 CV, viited: ETIS Publikatsioonid: Mendeley, Scopus, Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` ) Juhendamised: UT DSpace
Image		Kristjan Leiger biofüüsika teadur, PhD E-post: kristjan.leiger@ut.ee Telefon: 737 4747 Kabinet: D111, Labor: D115 CV, viited: ETIS , ORCID Publikatsioonid: Mendeley, Scopus, Researchgate Õppetöö: TÜ ÕIS ( + `Otsi` ) Juhendamised: UT DSpace
		Ali Jafarov magistrant
		Alexandra Lehtmets magistrant
		Laura Hitrova üliõpilane
		Joanna Liisa Orav üliõpilane
		Helis Paas üliõpilane
		Lee Vaalma üliõpilane

Rühmagrant "Kõrgrõhu spektroskoopia kaudu avalduvad fotosünteetiliste ergastuste uued omadused" (2020-2024) PRG664 Arvi Freiberg
Stardigrant "Energia ülekanne rohelise väävelbakteri fotosünteesis" (2019−2022) PSG264 Juha Matti Linnanto
COST aktsioon CA21146 "Purpurbakterite abil jäätmete taaskasutamise biotehnoloogia alused ja rakendused (PURPLEGAIN)" (2022-2025) Arvi Freiberg
Eesti ja Ungari teaduste akadeemiate poolt toetatav teaduskoostöö projekt “Fotosüsteem II struktuurse dünaamika barospektroskoopiline uuring” (2022–2024) Arvi Freiberg

J.R. Reimers; M. Rätsep; J.M. Linnanto; A. Freiberg (2022). "Chlorophyll spectroscopy: conceptual basis, modern high-resolution approaches, and current challenges." Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 71 (2), 127-164.
K. Timpmann; J.M. Linnanto; D. Yadav; L. Kangur; A.Freiberg (2021). "Hydrostatic High-Pressure-Induced Denaturation of LH2 Membrane Proteins." The Journal of Physical Chemistry B, 125 (35), 9979–9989.
K. Timpmann; L. Kangur; A Lehtmets; Z.Y. Wang-Otomo, A. Freiberg (2021). "Exciton Origin of Color-Tuning in Ca²⁺-Binding Photosynthetic Bacteria." International Journal of Molecular Sciences, 22 (14), 7338.
K. Leiger; J.M. Linnanto; A. Freiberg (2020). "Establishment of the Qy Absorption Spectrum of Chlorophyll a Extending to Near-Infrared." Molecules, 25 (17), 3796.
J.R. Reimers; M. Rätsep; A. Freiberg (2020). "Asymmetry in the Qy Fluorescence and Absorption Spectra of Chlorophyll a Pertaining to Exciton Dynamics." Frontiers in Chemistry, 588289.
E. Jalviste; K. Timpmann; M. Chenchiliyan; L. Kangur; M. R. Jones; A. Freiberg (2020). "High-Pressure Modulation of Primary Photosynthetic Reactions." The Journal of Physical Chemistry B, 124 (5), 718−726.
K. Timpmann; E. Jalviste; M. Chenchiliyan; L. Kangur; M.R. Jones; A. Freiberg (2020). "High-pressure tuning of primary photochemistry in bacterial photosynthesis: membrane-bound versus detergent-isolated reaction centers." Photosynthesis Research, 144, 209–220
L. Kangur; M. Rätsep; K. Timpmann; Z.-Y. Wang-Otomo; A. Freiberg (2020). "The two light-harvesting membrane chromoproteins of Thermochromatium tepidum expose distinct robustness against temperature and pressure." Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1861 (8), 148205.
A. Kölsch; C. Radon; M. Golub; A. Baumert; J. Bürger; T. Mielke; F. Lisdat; A. Feoktystov; J. Pieper; A. Zouni; P. Wendler (2020). "Current limits of structural biology: the transient interaction between cytochrome c and photosystem I." Current Research in Structural Biology, 2, 171−179.
M. Golub; R. Hussein; M. Ibrahim; M. Hecht; D.C.F. Wieland; A. Martel; B. Machado; A. Zouni; J. Pieper (2020). "Solution Structure of the Detergent-Photosystem II Core Complex Investigated by Small Angle Scattering Techniques." The Journal of Physical Chemistry B, 124 (39), 8583−8592.
J. Pieper; K.D. Irrgang (2020). "Nature of low-energy exciton levels in light-harvesting complex II of green plants as revealed by satellite hole structure." Photosynthesis Research, 146 (1-3), 279−285.
L. Kangur; K. Timpmann; D. Zeller; P. Masson; J. Peters; A. Freiberg (2019). "Structural stability of human butyrylcholinesterase under high hydrostatic pressure." Biochimica et Biophysica Acta - Proteins and Proteomics, 1867 (2), 107−113.
M. Rätsep; J.M. Linnanto; A. Freiberg (2019). "Higher Order Vibronic Sidebands of Chlorophyll a and Bacteriochlorophyll a for Enhanced Excitation Energy Transfer and Light Harvesting." The Journal of Physical Chemistry B, 123 (33), 7149−7156.
M. Pajusalu; M. Rätsep; L. Kangur; A. Freiberg (2019). "High-pressure control of photosynthetic excitons." Chemical Physics, 525, 110404
K. Leiger; J.M. Linnanto; M. Rätsep; K. Timpmann; A.A. Ashikhmin; A.A. Moskalenko; T.Y. Fufina; A.G. Gabdulkhakov; A. Freiberg (2019). "Controlling Photosynthetic Excitons by Selective Pigment Photooxidation." The Journal of Physical Chemistry B, 123 (1), 29−38.
M. Rätsep; J.M. Linnanto; R. Muru; M. Biczysko; J.R. Reimers; A. Freiberg (2019). "Absorption-emission symmetry breaking and the different origins of vibrational structures of the ¹Q_y and ¹Q_x electronic transitions of pheophytin a." Journal of Chemical Physics, 151 (16), 165102.
M. Golub; J. Pieper; J. Peters; L. Kangur; E.C. Martin; C.N. Hunter; A. Freiberg (2019). "Picosecond Dynamical Response to a Pressure-Induced Break of the Tertiary Structure Hydrogen Bonds in a Membrane Chromoprotein." The Journal of Physical Chemistry B, 123, 2087−2093.
M. Golub; M. Moldenhauer; F.-J. Schmitt; W. Lohstroh; E. Maksimov; T. Friedrich; J. Pieper (2019). "Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein. Part II: Quasielastic Neutron Scattering." The Journal of Physical Chemistry B, 123 (45), 9536–9545.
M. Golub; M. Moldenhauer; F.-J. Schmitt; A. Feoktystov; H. Mändar; E. Maksimov; T. Friedrich; J. Pieper (2019). "Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein. Part I: Small-Angle Scattering." The Journal of Physical Chemistry B, 123 (45), 9525−9535.

Pikosekundilise aeglahutusega fluorestsentsi spektroskoopia ja kineetika (ruumis D113):

Pidev tahkiselaser Millennia (Spectra Physics): väljundvõimsus 6 W, lainepikkus 532 nm
Moodlukustatud Ti:safiir femto-impulsslaser Mira-900 (Coherent): väljundvõimsus 1 W, väljundimpulsside lainepikkuste vahemik 690-1000 nm, impulsi kestvus 120 fs, impulsside kordussagedus 76 MHz
Laseri impulsside selektor (Angewandte Physik & Elektronik GmbH, APE): väljundimpulsside kordussagedus 15 kHz - 4 MHz, difraktsiooni efektiivsus 60 %, kontrast 100:1
Harmooniliste sageduste generaator (APE): teine harmooniline - lainepikkuste vahemik 350 - 500 nm, kolmas harmooniline - lainepikkuste vahemik 230 - 330 nm
Sünkroonselt skaneeritav elektron-optiline kaamera: ajaline lahutusvõime 5 ps, spektraalne tundlikkus 400-1100 nm, töösagedus 76 MHz, signaali võimendus ~ 1000
Aeg-korreleeritud üksikfootonite loendaja SPC - 150 (Becker & Hickle GbmH): ajaline kostefunktsioon on 60 ps detektoriga id 100-20 (Quantique) ning 160 ps detektoriga HPM 100-40 (B&H GmbH)
Lahutatava dispersiooniga topeltmonokromaator DTMc300 (Bentham instruments Ltd): fookuskaugus 0.6 m, skaneerimispiirkond 200-1500 nm, spektraalne lahutusvõime 0.05 nm
CCD kaamerad DV420A-OE ja DU416A-LDC-DD (Andor Technology)
Vedela heeliumi krüostaat (Utreks): temperatuuride vahemik 4.2 - 300 K

Kõrglahutus-selektiivspektroskoopia ja fluorestsentsi anisotroopia ergastusspektrid (ruumis D114):

Pidev tahkiselaser Millennia (Spectra Physics): võimsus 10 W, lainepikkus 532 nm
Pidev värvlaser (Spectra Physics, mudel 375): 565 - 700 nm
Ti:safiir laser (Spectra Physics, mudel 3900S): 675 - 1060 nm, joone laius timmitav 2.1 - 15 GHz
Spektrograaf Shamrock 303i (Andor Technology)
Fiibersisendiga monokromaator THR1500 (Jobin Yvon)
CCD kaamerad DV420-OE ja DV420A-OE (Andor Technology)
Vedela heeliumi krüostaat (Utreks): temperatuur 1.8 - 300 K
Vedela lämmastiku krüostaat Optistat DN (Oxford Instruments): temperatuur 77 - 320 K

Neeldumisspektroskoopia ja mikroskoobil põhinev spektroskoopia (ruumis D115).

Spektrofotomeeter Cary 60 (Agilent): 190–1100 nm
Pöördmikroskoop IX-71 (Olympus)
Spektrograaf Shamrock 303i (Andor Technology)
CCD kaamera DU-420A-BR-DD ja EMCCD kaamera iXon 897 (Andor Technology)
He-Ne laser 25-LYR-173-230 (Melles-Griot): 594 nm, 2 mW
Nd-YAG laser (Viasho): 1064 nm, 1 W

Tsirkulaarse dikroismi (CD), fluorestsentsi ja fluorestsentsi ergastusspektrite mõõtmine (ruumis D116):

CD spektromeeter Chirascan-plus (Applied Photophysics): neeldumine ja CD 180 - 1100 nm, fluorestsents 200 - 850 nm
Spektrograaf Kymera 193i (Andor Technology): 200 - 1100 nm

Teemantalasitel põhinevad kõrgrõhurakud (kuni 50 kbar) ja aparatuur madalatemperatuurseteks (kuni 10 K) kõrgrõhumõõtmisteks (Diacell+LOTO+Oxford).