Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Мы рассмотрели простейшую ситуацию, когда кооперативное взаимодействие двух переносчиков электронов изменяло их термодинамические характеристики. Вместе с тем взаимодействие переносчиков электронов может вызвать также изменение их спектров [см., например: Malstrom, 1973]. Это приводит к тому, что наблюдаемыми в эксперименте являются не редокс-состояния отдельных переносчиков, как это мы предполагали ранее, а только отдельные состояния комплекса — каждое со
своим коэффициентом экстинции. Так, например, если
наблюдаемыми в эксперименте являются только третье и четвертое состояние - с коэффициентами экстинции 83 и 84 соответственно, то вместо формулы (5.24) необходимо писать величину, пропорциональную
2
?ъРъ + ?аРа = Ч(ю з + Ра) = Ч f ^ ^ *2 2 (5ЛТ>
1 + /^ + l\l2 01-[ 12
где s = 83/84 — относительный коэффициент экстинции третьего и четвертого состояний. Из полученного соотношения можно видеть, что даже в случае, когда взаимодействие ферментов не приводит к изменению их энергетических характеристик (0-1), но коэффициенты экстинции отдельных состояний не равны друг ДРУГУ (в^1), возможно искажение равновесных кривых
титрования. Ясно, что в общем случае, на длине волны X, при которой коэффициент /-го состояния равен ег(А,), наблюдаемая в эксперименте величина равна с точностью до нормирующего множителя:
р =е1+е2 hh + ?з hh + g4^h2h (5.43)
z=l 1 + /^ + /^/2 + ^ 12
Совершенно очевидно, что в общем случае могут проявляться оба эффекта.
На самом деле ситуация еще сложнее, поскольку переносчики электронов помимо окислительно-восстановительных превращений могут также протонироваться, что приводит к зависимости потенциалов полувосстановления переносчиков от pH. Кроме того, переносчики электронов находятся в мембране и испытывают при своих превращениях влияние поверхностного и (или) трансмембранного электрических потенциалов [Hinkle, Mitchell, 1970; Takamiya, Dutton, 1977; Matsuura, Nishimura, 1978; Walz, 1979; Itoh, 1980]. Однако, в отличие от кооперативного взаимодействия двух и более переносчиков электронов, указанные факторы в простейшем случае не изменяют формы кривых титрования, а приводят к изменению наблюдаемого потенциала полувосстановления.
Зависимость потенциала полувосстановления от pH среды
Изложенная выше схема рассмотрения кооперативного взаимодействия переносчиков электронов может быть также без существенной модификации применена и для определения зависимости потенциала полувосстановления переносчика электронов от pH.
Рассмотрим одноэлектронный переносчик электронов, который может присоединить протон.
h
т
(2) ОТ
0\h
СН (4)
Здесь горизонтальные переходы соответствуют окислительновосстановительным превращениям переносчика, а вертикальные
— реакциям с участием протона.
Принимая во внимание равновесный характер превращений переносчика, можно не учитывать любой (один!) переход на этой
(1) с0
(2) СН4
к
Ох к
(3)
СН (4)
(5.45)
Решая систему линейных уравнений относительно стационарных вероятностей состояний, соответствующую схеме (5.45), несложно найти:
рх = 1/(1 + lx + lj'3H+ + 1'3Н+/в1) = l/pv
Pi = h/e\P\> Ръ = УР\>Ра = hWP\> (5‘46)
(1Ъ=1'Ъ[Н+], lx =l[[D-/[D+]).
Откуда для отношения окисленной формы переносчика (С° и СН j к восстановленной (С и СН) получим следующее соотношение:
О
В
Р(С°) + Р(СН+) _ 1 + 1ъ/вх _ 1
(5.46)
P(Cl) + P(CH) lx(l + h) 1\А
В полученном выражении величина 1\ зависит от редокс-потен-циала среды, в то время как величина А = (1 +13)/(1 +13 / вх^зависит только от pH среды и от параметра 0]. Логарифмируя соотношение (5.47) и учитывая выражение 1\ через редокс-потенциал среды (5.36), получим:
+—1п~, (5.48)
F В
Еср = Е + (RT/F) In А
полувосстановления переносчика, зависящий от pH, Е —
потенциал полувосстановления переносчика при А =1.
Выражение (5.48) показывает, что протонирование переносчика электронов приводит только к смещению потенциала полувосстановления (среднеточечного потенциала), но не изменяет формы кривой титрования.
^ RT1 . RT1 О „
Еи = Е +-----In А +---In— = Егп
н F F В
Зависимость наблюдаемого потенциала полувосстановления от pH определяется величиной коэффициента 01, характеризующего взаимосвязь между протонированием и окислительно-вос-становительной реакцией. Рассмотрим эту зависимость более подробно. Если 01=1, то отсутствует взаимосвязь между протонированием и окислительно-восстановительной реакцией и их можно рассматривать независимо одна от другой, т. е. наблюдается независимость редокс-состояний и состояний, отличающихся протонированием переносчиков. Если 01 >1, то это означает, что протонирование способствует восстановлению переносчика. Это наиболее часто встречающийся тип взаимоотношения между протонированием переносчика и его окислительно-восстановительными превращениями. Обозначим
