Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 8.7. Зависимость средней скорости супрабазальиого поглощения кислорода от разности химических потенциалов натрия AjiNa на коже жабы. Варьировали наружную концентрацию натрия при постоянной внутренней коицеитрации. Разность электрических потенциалов была нулевой [13].
ток короткого замыкания — линейная функция логарифма отношения концентраций 1п(сыа/сыа). т. е. скорость активного транспорта натрия линейно зависит от разности химических потенциалов натрия Ац.ыа на мембране, в согласии с уравнением (8.1). В параллельной серии экспериментов показано, что скорость супрабазального поглощения кислорода также линейно зависит от Дцма (рис. 8.7) [13].
На основе этих наблюдений и с учетом более ранних результатов разумно заключить, что в эпителии земноводных, который в данном случае был объектом исследований, скорости активного транспорта натрия и скорости сопряженного поглощения кислорода — линейные функции разности электрохимических потенциалов натрия независимо от того, изменяем ли мы Хма путем варьирования Дф или наружной концентрации натрия. Осторожности ради отметим: пока не было показано, что в данной ткани отклик на изменение электрического потенциала количественно совпадает с откликом на термодинамически экви-валетное изменение разности химических потенциалов. Для этого надо провести комбинированное исследование /йа и Jsrb в условиях варьирования Дг|) и Дцыа в одном и том же образце.
Если Хма изменять путем варьирования внутренней концентрации натрия, то линейность уже не соблюдается [40]. Следовательно, уравнения (8.1) и (8.2) неприменимы. Нелинейность вполне может определяться изменениями микроструктуры и состава ткани.
8.2. Оценка параметров в уравнениях неравновесной термодинамики
8.2.1. Оценка сродства
Приведенные ранее результаты согласуются с тем, что линейные уравнения неравновесной термодинамики применимы к активному транспорту при условии, что выбрана правильная траектория для варьирования XNa (траектория термодинамической линейности), тогда как А остается постоянным. В случае кинетической линейности следует видоизменить подход, как показано в гл. 13.
Полагая, что варьирование Дф соответствует правильной траектории, можно определить сродство, используя одно из двух уравнений (7.34) или (7.35), выведенных в гл. 7. Для тканей, в которых варьирование наружной концентрации натрия также дает правильную траекторию, эти уравнения можно дополнить соответствующими выражениями, включающими Дц^а- С точки зрения эксперимента обычно удобнее всего выражение, включающее ток короткого замыкания и зависимость скорости по-
глощения кислорода от напряжения2:
А=-итщщ (Л П0СТ0ЯНИ°) (8-6)
Следует напомнить, что А представляет собой изменение свободной энергии для специфического участка метаболической цепи, в котором А остается постоянным при варьировании Дг|). В ряде случаев мы будем пользоваться обозначением До* имея в виду, что в наших исследованиях А выражается через изменения свободной энергии в расчете на моль Ог. Значения Аог в необработанных образцах кожи лягушки и мочевого пузыря жабы находятся в интервале 20—80 ккал/моль Ог. Поскольку предполагается, что активный транспорт в этих тканях осуществляется за счет гидролиза АТФ, представляется целесообразным выразить сродство на основе поглощения АТФ, однако осуществление этого намерения затрудняется отсутствием сведений о стехиометрии окислительного фосфорилирования в интактном эпителии. Если же считать отношение P/О равным
3, как это наблюдается в нормальных митохондриях в присутствии подходящих субстратов, то поглощение каждого моля 02 будет приводить к синтезу (а в стационарном режиме — и к дальнейшей утилизации) 6 молей АТФ, что даст значения Ар в интервале 3—13 ккал/моль АТФ. Эти значения близки к оценкам, полученным при экспериментальном исследовании тканей, например около 7,6 ккал/моль АТФ в стандартных условиях или 11,4 ккал/моль АТФ для изолированных клеток печени крыс [44]. Теоретические преимущества, которые дает анализ энергетики, основанный на оценке А, по сравнению с измерениями средних концентраций метаболитов в тканях, были рассмотрены в разд. 7.3.3. Ясно, однако, что полное понимание энергетики активного транспорта натрия требует знания не только Ло2) но и отношения P/О, полученного в условиях тех же экспериментов. В этом случае можно найти и Ар. Такого рода сведения пока недоступны.
8.2.2. Влияние модельных соединений на А
Окончательное выяснение смысла сродства, рассчитанного описанным выше термодинамическим методом, требует дополнительных экспериментов по термодинамическому изучению биохимических процессов. Тем не менее интересно рассмотреть влияние на сродство различных факторов, воздействующих на транспорт и метаболизм в уже изученных случаях. В двух таких работах были использованы соединения, которые подавляли транспорт, но при этом непосредственно не влияли на метаболизм. Одним из этих соединений является гликозид уаба-ин — ингибитор натрий-калиевой АТФазы, которую обычно
