Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Заключение
Рассмотренные в предыдущей главе характерные черты функционирования мультиферментных комплексов, а также способа их описания могут быть следующим образом конкретизированы
для случая переноса электронов в комплексах молекул переносчиков:
1. Скорость переноса электронов в комплексах определяется состояниями комплекса как целого, а не состояниями отдельных: переносчиков электронов, составляющих комплекс.
2. Для переноса электронов в комплексах характерна коопе-ративность в переносе электронов, т. е. зависимость скорости переноса электронов между переносчиками от состояния всех других переносчиков, составляющих комплекс.
3. Для переноса электронов в комплексах характерен эффект переключения пути реакции при изменении иерархии величин, констант скорости. Так, для схемы переноса электронов (3.13) при к\» кз в основном реализуется путь переноса электронов в
]с2 и
полной цепи: ю < ' 01—^11. Если же кз» к\ то реализуется
главным образом путь переноса электронов в пустой цепи:
10 7^ 01—.
t k“2 V ^
<------
4. Независимость скорости переноса электронов от объемных концентраций отдельных переносчиков электронов. При наблюдении за состояниями отдельных переносчиков обычно предполагают, что этого достаточно, чтобы определить и скорость переноса электронов в комплексах. Однако скорость переноса электронов определяется состояниями комплекса, а не состояниями отдельных переносчиков. Таким образом, одной из наиболее специфических черт переноса электронов в комплексах является то, что скорость переноса электронов определяется состояниями, комплекса, а наблюдаемыми в эксперименте, как правило, являются лишь состояния отдельных переносчиков.
5. Эффект блокировки переноса электронов при восстановлении переносчика, на который переносится электрон. Поскольку в комплексах перенос электронов осуществляется по принципу «один на один», то восстановление переносчика, на который должен быть перенесен электрон, естественно становится невозможным. Отметим, что в случае подвижных переносчиков подобный эффект выражен не так ярко, поскольку при восстановлении одной молекулы имеется возможность перенести электрон на оставшиеся окисленные молекулы.
6. Экспоненциально быстрый рост числа состояний комплекса, наблюдаемый при увеличении числа переносчиков, входящих в комплекс. Этот аспект переноса электронов в комплексах необходимо учитывать при проведении эксперимента с электрон-транспортными комплексами. Так, для комплекса из 5 переносчиков, каждый из которых находится в двух состояниях — окис-
ленном и восстановленном, комплекс может находиться в 25 = 32 состояниях.
7. В силу марковского характера переноса электронов в комплексах (это обычный постулат, используемый в ферментативном катализе) перенос электронов может быть описан системой линейных дифференциальных уравнений относительно вероятностей состояний комплекса.
Рассмотренные особенности переноса электронов в комплексах приводят к тому, что кинетика переноса электронов в них может существенно отличаться от таковой, описываемой законом действующих масс.
Глава 4 СРАВНЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА
Задачей данной главы является анализ и сравнение существующих в настоящее время кинетических моделей электронного транспорта в биологических системах. Сравнение моделей электронного транспорта проведено на основе сформулированного ранее [Шинкарев, Венедиктов, 1977] вероятностного описания переноса электронов в комплексах молекул переносчиков. В главе установлены условия, при которых при описании электронного транспорта в комплексах можно пользоваться уравнениями относительно концентраций состояний отдельных переносчиков, составляющих комплекс. Обсуждается связь между законом действующих масс, применимым к подвижным переносчикам, и моделью, описывающей перенос электронов в структурных комплексах. Рассматриваются условия, при которых закон действующих масс можно применять для описания окислительно-восстановительных реакций в комплексах молекул-переносчиков. Выявлены различия в кинетике транспорта электронов между подвижными переносчиками электронов и между переносчиками, организованными в комплексы. Обсуждаются различные виды симметрии в переносе электронов.
4.1. Система зацепляющихся уравнений
Как правило, большинство экспериментальных методов, используемых для исследования транспорта электронов в биологических системах (абсорбционная спектроскопия, ЭПР и др.), позволяют наблюдать только редокс-состояния отдельных переносчиков электронов. Между тем скорость переноса электронов в комплексах определяется состояниями комплекса как целого,
а не состояниями отдельных переносчиков, входящих в комплекс. Следовательно, представляется необходимым выяснить те условия, при которых скорость переноса электронов в комплексе определяется только редокс-состояниями отдельных переносчиков.
Как уже указывалось в гл. 2, состояния отдельных переносчиков можно найти как объединение соответствующих состояний комплекса молекул переносчиков. Например, для восстановленной формы Сгго переносчика можно записать:
