Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку протонная проводимость параллельного пассивного пути в мочевом пузыре черепахи очень мала, можно примерно приравнять скорости суммарного транспорта протонов /н н их активного транспорта /&• Соответственно скорость активного транспорта можно оценить или используя pH-стат, или (в отсутствие активного транспорта натрия) из тока короткого замыкания, т. е. тока, измеряемого при нулевой разности потенциалов Д-ф = 0, когда обе поверхности мембраны омываются растворами идентичного состава, за исключением, может быть, значения pH. При низкой пассивной проницаемости для протонов пассивный трансэпителиальный поток протонов пренебрежимо мал. Активный транспорт натрия легко устранить, подбирая соответствующую концентрацию уабаина.
Если использовать омывающие растворы, не содержащие С02, то скорость окислительного обмена можно оценить из Jсо2 — полной скорости образования СОг, измеренной кондукто-метрическим методом, как и ранее в случае активного транспорта натрия. Транспорт протонов, однако, осуществляется сильнее в присутствии С02. В этом случае скорость окислительного обмена оценивалась путем измерения скорости образования 14С02 из меченной 14С глюкозы (/со*)-
Транспорт и метаболизм легко нарушить, изменяя окружающую концентрацию С02, т. е. рС02 (и для удобства поддерживая разность электрохимических потенциалов Хн на нулевом уровне), или изменяя Хн путем изменений Д-ф и значения pH на внутренней поверхности ткани5. При изменении Хн величина /н достигает нового стационарного состояния в пределах минуты. Кажущаяся скорость образования С02 изменяется медленнее, достигая нового стационарного уровня за 10—15 мин6.
В стационарном состоянии строго линейное соотношение ¦было получено между /н, с одной стороны, и /со, и /со2 — с другой. Значения dJn/dJcoi или dJnldJco2 примерно совпадали для двух половинок мочевого пузыря, взятого у одного и того же животного. Поскольку была доказана полнота сопряжения транспорта протонов и окислительного метаболизма в этой ткани (см. ниже), было сделано заключение, что эти наклоны дают оценку стехиометрического соотношения независимо от того, каким способом варьировали транспорт и метаболизм. У различных особей данного вида эти значения варьировали в широких пределах: в присутствии 1 % С02 значения с?/н/^/со2 варьировали в пределах от 4,4+ 1,2 до 38,2 + 3,5 (п = 40); в отсутствие С02 значения dJHjdJCCh варьировали в пределах от 1,41+0,26 до 11,23+1,17 (п = 6). Такой разброс превышает величину, которую можно ожидать исходя из различий в дыхательных коэффициентах. Таким образом, как и в случае
активного транспорта натрия через эпителий земноводных, между скоростями транспорта и окислительного обмена, по-видимому, нет единой стехиометрии.
8.3.2. Неравновесно-термодинамический анализ активного транспорта протонов
В других исследованиях показано, что транспорт протонов и сопряженный метаболизм в мочевом пузыре черепахи поддаются анализу методами линейной термодинамики неравновесных процессов, поскольку /н> /со2 и /со2 линейно зависят от значения pH во внешнем пространстве (рис. 8.20). Кроме того, при сопоставлении зависимости /н от pH на внешней стороне и от Лг|) значения dJn/d(ApH) и с?/н/с?(А'ф) в пределах статистического разброса совпадали, так же как и точки пересечения с осью pH, в которых скорость активного транспорта протонов обращается в нуль. В результате по аналогии с активным транспортом натрия можно написать
1н = ЬнХн+ЬнгА, Jrb = LHrXH + LrA (8.14,8.15)
Чтобы согласовать эти выражения с условным выбором полярностей в работе [4], которые противоположны таковым, принятым ранее для активного транспорта натрия, будем считать, что /н положителен, когда протоны движутся изнутри наружу, и Хн = — Арн = — (RTA In ан + ¦РА'ф) берется в виде
Хн = (In 10) RT АрН — F Дг|з = 2,3RT (pHm — pHs) — F (фт — i|)s)
(8.16)
Таким образом, снова, при правильном выборе траектории, можно принять, что соотношения взаимности Онзагера справедливы, и для метаболизма, как и для транспорта, несущественно, меняем ли мы Хн путем варьирования значения pH на внешней стороне или Д^. По аналогии с транспортом натрия в коже жабы эти уравнения неприменимы в условиях варьирования концентрации протонов снаружи.
8.3.3. Степень сопряжения системы транспорта протонов
Описанный выше формализм был первоначально использован для оценки степени сопряжения транспортной системы. Если сопряжение полное, то скорости транспорта и метаболизма должны быть во всех случаях связаны жестким стехиометрическим соотношением. Если же сопряжение неполное, то dJn/dJсо^ будет зависеть от способа, использованного для нарушения транспорта. В работе [5] для этой цели использовали два способа: 1) варьировали pH на внешней стороне (переменное Хн);
pH на Внешней стороне
X
X
г>
SC
Рис. 8.20. Связь скорости выделения протонов /н и скорости образования 14С02('со,) с величиной pH иа внешней стороне и друг с другом в мочевом
