Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
D—>С, kl >С2—(3.1)
Кинетические уравнения, описывающие рассматриваемые окислительно-восстановительные реакции и полученные исходя из закона действующих масс, могут быть записаны в следующем виде:
d[C\]/dt = k[[D'][C‘l]-k2[C\][C02], d[C\j/dt = k2[C\j[C°2]-k2[C'2][A0].
Здесь [D1 ], [С\], [С\] — концентрации восстановленной формы донора D и переносчиков электронов С\ и С2, [Cf], [С2],
[А0] — концентрации окисленной формы переносчиков С\, С2 и акцептора А; к\\ к2, к$ — бимолекулярные константы скорости соответствующих реакций.
Будем предполагать, что концентрация соответствующих форм экзогенных доноров и акцепторов поддерживается постоянной на всем рассматриваемом промежутке времени и что общие концентрации рассматриваемых переносчиков равны друг другу. В частности, для переносчиков С± и С2 выполняются следующие равенства:
[С\]+[С?] = [С1]0 =[С2]0=[С'2]+[С°2], (3.3)
Это позволяет переписать систему дифференциальных уравнений (3.2) в следующем виде, где переменными уже являются относительные концентрации соответствующих переносчиков электронов в восстановленной форме [Pring, 1968; Clement-Metral, 1969]:
dyx/dt = kx(\-yx)-k2yx(\-y2),
dy2/dt = k2(l — y2)yx - k3y2.
Здесь
Л =[С\]/[С1]0; у2=[С\]/[С2]й; h=k[[D1]; к3=к'3[А°].
Моделирование электронтранспортных процессов, проведенное на основе закона действующих масс, оказалось весьма продуктивным и позволило в ряде случаев не только описать экспериментально наблюдаемую кинетику редокс-превращений отдельных переносчиков, но и путем сравнения данных моделирование с результатами экспериментов уточнить структуру и функциональную организацию электронтранспортных цепей. Поскольку это направление кинетического анализа отражено в ряде обзоров [Chance, Williams, 1956; Pring, 1968; Garfinkel et al., 1970; Рубин и др., 1977; Березин, Варфоломеев, 1979; Венедиктов и др., 1980а; Шинкарев и др., 1980], мы не будем подробно останавливаться на рассмотрении работ, основанных на кинетическом законе действующих масс, и ограничимся лишь перечислением некоторых ключевых работ [Chance et al., 1955; Chance, Williams, 1956; Чанс, 1963; Рубин, Фохт, 1965; Рубин и др., 1968а, 19686; Pring, 1968; Борисов, Ивановский, 1970; Пытьева и др., 1973; Кукушкин и др., 1973; Holzapfel, Bauer, 1975; Куприянов и др., 1977; Рубин и др., 1977; Кукушкин, 1980].
Однако рассмотренный механизм взаимодействия переносчиков электронов возможен лишь для переносчиков (или комплексов переносчиков), достаточно быстро передвигающихся в мембране или примембранном пространстве и взаимодействующих друг с другом путем случайных соударений и, строго говоря, не применим для описания переноса электронов внутри комплексов, в которые организовано большинство переносчиков ЦЭТ.
Перенос электронов в комплексах
Впервые транспорт электронов внутри структурных комплексов молекул переносчиков электронов был рассмотрен Холмсом [Holmes, 1959] для дыхательной электронтранспортной цепи и Малкиным [Malkin, 1966] для фотосинтетической электрон-транс-портной цепи. Затем электронный транспорт в комплексах был рассмотрен в работах [Malkin, 1969, 1972, 1977; Сорокин, 1973; 1976: Литвин, 1975; Hill, 1976; Sorokin, 1978; Варфоломеев и др., 1977, Шинкарев, Венедиктов, 1977; Hill, Chance,1978; Березин, Варфоломеев, 1979; Варфоломеев, 1976, 1981] и др. В отличие от подвижных переносчиков электронов, где каждая восстановленная молекула переносчика С\ могла отдать электрон любой окисленной молекуле С2, в рассматриваемом случае восстановленный переносчик С\ может взаимодействовать только с тем окисленным переносчиком С2, который находится с С\ в одном и той же комплексе. Кроме того, перенос электронов между переносчиками в рассматриваемом случае является мономолеку-лярным процессом, поскольку в комплексе в едином акте происходит как окисление С\ так и восстановление С2. В силу этого
перенос электрона не имеет места, когда оба переносчика, входящих в комплекс, одновременно окислены или одновременно восстановлены. Таким образом, для описания переноса электронов в электрон-транспортных комплексах необходимо рассматривать состояния сразу двух переносчиков, участвующих в переносе электронов. Суммарная скорость переноса электронов между С\ и Сг в рассматриваемом случае пропорциональна концентрации комплексов, находящихся в состоянии QC?, когда переносчик С\ восстановлен, а переносчик С2 окислен, т. е. скорость переноса электронов между переносчиками С\ и С2
v~[c;c°2] (35)
Пусть переносчики электронов, находящиеся в комплексе, взаимодействуют друг с другом согласно схеме (3.1). Удобно переходы между различными состояниями комплекса двух переносчиков изображать в виде графа, в вершинах которого находятся состояния комплекса, а стрелки указывают возможные переходы между состояниями комплекса. В частности, для схемы
(3.1) граф состояний будет иметь вид [Malkin, 1966; Pring, 1968; Сорокин, 1973; Шинкарев, Венедиктов, 1977].
(1) Ѱѓ —^------> с/С» (3)
