Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
Если между / и Дф имеется линейная зависимость, то
Уравнение (7.32) является экспериментальным тестом для проверки линейности. Если производная и отношение не равны,, то, следовательно, отношение определяется не только электрическим сопротивлением. Если они равны, это означает, что либо А, либо Л постоянны или что они линейно зависят от Дф.
7.3.3. Сродство А и его вычисление
В общем случае экспериментально невозможно направленно изменять сродство реакции, обеспечивающей транспорт. Однако на сродство реакции можно оказывать влияние путем введения гормона или лекарственного препарата. Из уравнений (7.15).
(7.16) и (7.18) видно, что /+, Jr и — Х+ возрастают при увеличении Л5. Между тем влияние А на параметры эффективности оказывается более сложным, что будет обсуждаться ниже.
Если сродство некоторого участка метаболической цепи постоянно, то его можно вычислить. Например, в случае одинаковых растворов с обеих сторон мембраны из уравнений (7.15),
(7.16) и (7.18) получаем
(7.30)
л=-тА~(^-)лР(д*).
(7.34}
Когда величины (dJ+/dJr)A определяются вблизи состояния: с фиксированной силой, правильная величина А может быть
получена даже в том случае, если феноменологические коэффициенты существенно зависят от состояния.
Если же предположить, что с изменением Лф при постоянной концентрации Х+ находится на правильной траектории, то уравнения (7.15) и (7.16) дают другой независимый способ измерения сродства:
л = (7'35)
Совпадение величии А, определенных с помощью этих двух независимых способов, может подтвердить постоянство сродства и совместимость использованных методов. (Однако нельзя показать справедливость соотношений Онзагера.) Необходимо отметить, что оба метода применимы даже при наличии сопряжения между пассивными потоками ионов и воды [4].
Значения сродства, полученные упомянутыми выше методами, являются в общем абстрактной термодинамической величиной, смысл которой не вполне ясен. Тем не менее сродство имеет некоторый физиологический смысл, так как оно должно отражать отношение концентраций субстрата и продукта в некоторой критической реакции метаболической цепи, обеспечивающей активный транспорт, и должно зависеть от плохо контролируемых параметров, таких, как локальный pH, стандартные свободные энергии и коэффициенты активности. Величина сродства не коррелирует с отношениями средних концентраций различных субстратов и продуктов в клетке, включая нуклеотиды, такие, как АТФ и АДФ, а также креатинфосфат и креатин [5]. Хотя были предприняты попытки исследования движущих сил транспорта с помощью таких измерений, оказалось, что отношения средних концентраций зависят главным образом не от трансэпителиального транспорта, а от других функций ткани. Попытки вычислить цитоплазматическое отношение АТФ/(АДФХФн) [23] также сопряжены с теоретическими и экспериментальными трудностями. Необходимо, однако, учитывать, что величины А, вычисленные из измерений потребления
02, могут быть интерпретированы через свободную энергию гидролиза АТФ только при условии знания отношения Ф/О, которое в принципе может значительно изменяться при различных условиях работы.
7.3.4. Вычисление феноменологических коэффициентов
Если в линейной системе сродство оказывается постоянным при изменении Х+ вдоль правильной траектории, то вполне целесообразно вычисление феноменологических коэффициентов проводимости. Так же как и ранее, проще всего это сделать, помещая с обеих сторон ткани одинаковые растворы и изменяя
Дф. Тогда из уравнений (7.1) и (7.2) находим
L+ = = д (/Га$Г = А \тй) (Ас = °> ^ константа) (7.36)
L+r = Ж7 = aTf а4Г = лТАфГ <Ас = °’ А ~ к°нстанта)
(7.37)
Определяя ,4 и L+r так же, как и раньше, для Lr в этом случае получим
Lar = ]%jA (Ас — 0) (7.38)
где /го — скорость метаболизма сверх основного обмена веществ при А с, AiJ? = 0. (Возможные экспериментальные методы определения /+, Jr и Jsrb будут обсуждаться ниже.)
Для системы с постоянным А феноменологические коэффициенты сопротивления нельзя определить так же легко, как L-коэффициенты, поскольку это потребовало бы независимого определения двух потоков. Однако, если величины L+, L+r и Lar известны, соответствующие ^-коэффициенты можно рассчитать с помощью матрицы преобразования.
7.3.5. Вычисление степени сопряжения
Если известны величины феноменологических коэффициентов проводимости или сопротивления, то с помощью уравнения (7.6) можно также рассчитать степень сопряжения активного транспорта. Иногда удобнее определять q без предварительного нахождения феноменологических коэффициентов и А. Учитывая постоянство А, это возможно сделать любым из двух методов [13]:
J «V.
«I = V 1--------рг— (7-39)
гО
где /+ =0 обозначает состояние, в котором активный транспорт катиона равен нулю вследствие использования соответствующей разности электрохимических потенциалов этого катиона. Или же:
