Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
In fa = - QazF (Дф - E)/RT (11.55)
Применяя это уравнение и введенные ранее соотношения к их данным, эти авторы получили Qa = 2,54 ± 0,34, что характерно для одрорядной диффузии.
Использование уравнения (11.55) для анализа активных потоков представляется интуитивно оправданным, учитывая экспериментально наблюдаемые линейные соотношения между Inf и Дф в разнообразных системах и выполнение условия fl$=E= 1* Полезно, однако, рассмотреть природу и значение параметра Qa на основе подходящих термодинамических переменных [4]. Это
можно сделать, приравнивая выражения для отношения потоков [уравнения (11.1) и (11.55)]. Удобно рассмотреть случай, когда нет разности концентраций на мембране, так что в отсутствие сопряженных потоков веществ, кроме натрия, как это имеет место в мочевых пузырях доминиканских жаб, взятых в виде плоского препарата в камере Уссинга,
QazF (А* - Е) = (©/©У (zF Дг|> + RJ)rIr) (11.56)
Установив = Е, получим
Ror = — zFElJrE (11.57)
так что Q°(A^ — ¦Е,) = (а>/а>*)а[Дф — (?//ге)/г]. Приняв далее Д$ — 0, находим
Qa = K©T (JJJrE) (11.58)
Параметр Q° можно также выразить через степень сопряжения q. Так как для линейных систем с постоянным сродством qa — единственная в своем роде величина и дается JrE/fro—1—q2 [см. уравнение (7.39)], то
Qa — (®/®У [1/(1 — q2)] (И-59)
Эти выкладки показывают, что Qa отражает не только степень изотопного взаимодействия, но и сопряжение транспорта с метаболизмом. Если поток натрия сопряжен с потоком какого-нибудь вещества — такая возможность допускается для препаратов, изученных Ченом и Уолсером, — то Qa будет отражать и это сопряжение. В отсутствие сопряженных потоков массы, поскольку Jro > JrEiq2 > 0), Q“ должна давать завышенную оценку значения (ю/о>*)а. Ясно, что величину Qa нельзя рассматривать как надежную меру изотопного взаимодействия. Решающее значение имеет тот факт, что в отсутствие изотопного взаимодействия, т. е. при ©/©*= 1, Qa не была бы равна 1. Поэтому, как отмечено в разд. 9.2.4, даже в этой ситуации не следует ожидать, что отношение потоков будет подчиняться классическому соотношению RT In / = F(E — Дг^), если бы даже было возможно полностью исключить поток через параллельные пассивные каналы. Эти соображения имеют прямое отношение к интерпретации того факта, что в условиях короткого замыкания на коже лягушки при минимальных краевых повреждениях RT In f согласуется со значениями Е, полученными другими способами [7]. Такое соответствие кажется случайным, отражающим совместное влияние значения Q > 1 в активных каналах, что способствует росту /, и остаточных малых потоков через пассивные каналы, что снижает /. Такое объяснение бьую бы полезно проверить путем определения Q° в опытах на коже лягушки.
11.3.3. Изотопное взаимодействие в каналах с активным транспортом
Как уже отмечалось ранее, в опытах с закрепленными в камерах фрагментами мочевого пузыря доминиканской жабы, по-видимому, не были обнаружены сопряженные потоки, отличные от метаболизма и активного транспорта натрия. Следовательно, применение уравнения (11.58) позволило бы оценить степень изотопного взаимодействия в активных каналах. Мы пока не можем с высокой точностью определить эту величину, поскольку необходимые для этого переменные еще не были измерены одновременно в условиях одного и того же опыта. Однако удалось грубо оценить значение со/со*. Путем комбинирования значения Qa для мочевых пузырей в виде замкнутых мешков из опытов Чена и Уолсера с величинами JrE/Jro= 1—q2, измеренными в опытах с камерами Ланга, получено среднее значение (со/со*)а = 0,82 [4]. Приняв, вероятно, более точное значение <7 = 0,86 [10] и значение Qa = 2,07 для мочевого пузыря жабы в опытах с камерами [19] получаем значение (со/со*)а= = 0,54. Лабарка, Канесса и Лиф [9] предположили, что сопряжение транспорта и окислительного обмена в мочевом пузыре очень жесткое. Если это верно, то значения (со/со*)я должны были бы быть значительно ниже, чем приведенные выше. Очевидно, ни одно из них нельзя принять на веру безоговорочно. Однако из них следует наличие отрицательного изотопного взаимодействия в активных каналах. Хотя без дополнительных данных это еще не доказывает наличия какого-либо специфического механизма транспорта, имеющиеся результаты свидетельствуют в пользу общепринятого механизма, основанного на принятии транспортной функции Ыа,К-АТФазы для активного транспорта натрия, но не согласуются с однорядной диффузией. Важно подчеркнуть, что для исключения последней возможности, допускаемой с учетом условия Qa > 1, надо в неявной форме принять во внимание все сопряженные потоки, включая обмен веществ.
Комментируя эти выводы, Чен и Уолсер отметили, что потоки К и Na могут взаимодействовать в совокупности с работой Ыа,К-АТФазы и что такое взаимодействие может влиять на величину (со/со*)а. И это действительно верно. Однако мы ранее уже отмечали, что надо не упускать из виду природу со и со* как феноменологических коэффициентов, и термин «изотопное взаимодействие» также относится к феноменологической характеристике, которая не может заменить описания на молекулярном уровне. Таким образом, отношение (со/со*)а описывает «поведение системы независимо от того, чем оно вызвано.
