フェンナ・マシューズ・オルソン複合施設

フェンナ・マシューズ・オルソン（FMO）複合体は水溶性複合体であり、X線分光法によって構造解析された最初の色素タンパク質複合体（PPC）である。^{[ 2 ]}これは緑色硫黄細菌に存在し、光捕集クロロソームから膜に埋め込まれた細菌反応中心（bRC）への励起エネルギー伝達を媒介する。その構造は三量体（C3対称）である。3つのモノマーのそれぞれは、8つのバクテリオクロロフィルa（BChl a ）分子を含んでいる。それらは、中心のマグネシウム原子がタンパク質のアミノ酸（主にヒスチジン）または水架橋酸素原子（各モノマーの1つのBChl aのみ）にキレート結合することによって、タンパク質骨格に結合している。

構造が利用可能であるため、構造に基づく光学スペクトルを計算して、実験的な光学スペクトルと比較することが可能です。^{[ 3 ] [ 4 ]}最も単純なケースでは、 BChlの励起子結合のみが考慮されます。^{[ 5 ]}より現実的な理論では、色素タンパク質結合が考慮されます。^{[ 6 ]}重要な特性は、BChlの局所遷移エネルギー（サイトエネルギー）であり、個々の局所的なタンパク質環境により、それぞれ異なります。BChlのサイトエネルギーは、エネルギーの流れの方向を決定します。

FMO-RCスーパーコンプレックスの構造情報は、電子顕微鏡^{[ 7 ] [ 8 ]}とFMO三量体およびFMO-RCコンプレックスで測定された線形二色性スペクトルによって得られた。これらの測定から、RCに対するFMOコンプレックスの2つの配向が可能である。BChl 3と4がRCに近く、BChl 1と6（FennaとMatthewsの元の番号付けに従う）がクロロソームに向かって配向している配向は、効率的なエネルギー伝達に有用である。^{[ 9 ]}

この複合体は自然界に現れる最も単純なPPCであり、したがって光化学系Iのようなより複雑なシステムに適用できる方法の開発に適したテスト対象である。エンゲルらはFMO複合体が著しく長い量子コヒーレンスを示すことを観察したが^{[ 10 ]}、約10年の議論の後、この量子コヒーレンスは複合体の機能にとって意味がないことが示された^{[ 11 ]} 。さらに、スペクトルで報告されている長寿命の振動は基底状態の振動ダイナミクスのみによるものであり、エネルギー移動ダイナミクスを反映していないことが示された^{[ 12 ] 。}

光合成における光捕集は、ほぼ100パーセントのエネルギー効率で古典力学的プロセスと量子力学的プロセスの両方を利用します。古典的なプロセスで光がエネルギーを生成するには、光子が1ナノ秒未満でエネルギーが散逸する前に反応部位に到達する必要があります。光合成プロセスでは、これは不可能です。エネルギーは状態の重ね合わせで存在できるため、物質内のすべての経路を同時に移動できます。光子が正しい目的地を見つけると、重ね合わせが崩壊し、エネルギーが利用可能になります。しかし、量子プロセスの一部がネットワークを介した量子化されたオブジェクトの移動を遅くするため、純粋な量子プロセスだけで完全に責任を負うことはできません。アンダーソン局在は、ランダム媒体での量子状態の拡散を妨げます。状態は波のように振る舞うため、破壊的な干渉効果を受けやすいです。もう1つの問題は量子ゼノン効果です。これは、不安定な状態が継続的に測定/監視されている場合、監視によって状態が絶えず微調整され、崩壊が防止されるため、決して変化しないというものです。^{[ 13 ] [ 14 ]}

量子状態と環境との相互作用は、測定のように作用します。環境との古典的な相互作用は、量子状態の波動性を変化させ、アンダーソン局在化を阻止するのに十分な程度に変化させますが、量子ゼノ効果は量子状態の寿命を延ばし、反応中心に到達できるようにします。^{[ 13 ]} FMOにおける量子コヒーレンスの長寿命という提案は、多くの科学者にシステムにおける量子コヒーレンスの研究を促し、エンゲルの2007年の論文は発表から5年以内に1500回以上引用されました。エンゲルの提案は文献でまだ議論されており、元の実験はスペクトル振動を基底状態の振動コヒーレンスではなく電子コヒーレンスに誤って割り当てたという指摘があります。振動遷移のスペクトル幅が狭いため、基底状態の振動コヒーレンスの方が長寿命であると自然に予想されます。