Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
500 - Фг
Hffn V*
Шю Л
10s f
юг : I
Рис. 42. Схема переноса электронов в фотосинтетическом реакционном центре (Г) и величина логарифма констант скорости соответствующих переходов (II)
Объяснения в тексте
В Щ А] A3
1. Редокс-потенциалы внешних доноров и акцепторов таковы, что условия необратимости выполняются также на участках обмена электронами комплекса реакционного центра со средой:
D:
кп
к-п
*_Dn, А—^_А.
Это позволяет с учетом пункта Б схему (9.1), описывающую транспорт электронов в ФРЦ, переписать следующим образом:
* „ кп-1 к2 к\ к0 т\ т2 ms_\ ms
D^>Dn —» > D2 —» Dx —» Ax —» A2 —»... —> As—> A
На этой схеме константы скорости кп и являются псевдо-мономолекулярными константами скорости, пропорциональными соответственно концентрации донора Z) в восстановленной форме и концентрации акцептора А в окисленной форме, в отличие от мономолекулярных констант скорости ко,к\,...,кп.\,т\, m2,..ms.\.
2. Концентрации внешних доноров и акцепторов таковы, что для рассматриваемых отрезков времени функционирования ФРЦ их можно считать постоянными; кроме того, для псевдомономо-лекулярных констант скорости обмена электронами реакционного центра со средой справедливы соотношения кп « кп.\, ms « ms.\.
3. Кооперативность в переносе электронов не нарушает соотношений, описанных в пунктах 1 и 2, и ею можно пренебречь.
Как уже неоднократно указывалось ранее (см. гл. 3, 4), для описания переноса электронов в комплексе необходимо учитывать состояния комплекса как целого. Обозначим состояния ФРЦ через 1, 2, ..., I и введем вероятность pr(t) того, что комплекс переносчиков находится в r-м состоянии в момент времени t.
7 Заказ № 4821
193
Тогда (см. гл. 3) для введенных вероятностей справедлива система линейных дифференциальных уравнений
^- = TXkjrPj-krjPr), Г=1,...,1 (9.3)
где kjr—константа скорости переноса электрона, соответствующая переходу между /'-м и r-м состояниями ФРЦ. Решив систему дифференциальных уравнений (9.3) с соответствующими начальными условиями, можно найти и вероятность редокс-состояний (восстановленности) любого переносчика ФРЦ, просуммировав вероятности всех тех состояний комплекса, в которые входит этот переносчик в интересующем нас состоянии (восстановленном).
С экспериментальной точки зрения наибольший интерес представляет рассмотрение зависимости степени восстановленности переносчиков электронов, входящих в состав ФРЦ, от концентрации экзогенных доноров, акцепторов и от величины интенсивности действующего света. Кроме того, важной характеристикой является стационарная скорость переноса электронов через реакционный центр. Особый интерес представляет рассмотрение переходных процессов, индуцированных включением и выключением действующего света различной длительности.
Оказывается, что в рамках изложенной кинетической модели переноса электронов в ФРЦ удается рассчитать все названные выше характеристики.
9.2. Задание световой константы скорости
Отличительной чертой переноса электронов при фотосинтезе является наличие световой стадии, в которой энергия света используется для того, чтобы перенести электрон от первичного донора к первичному акцептору (см. схему 9.1).
В связи с этим в данном параграфе рассматриваются способы задания световой константы скорости ко для различных режимов освещения.
Первичные процессы переноса электронов в ФРЦ протекают чрезвычайно быстро, часто в пикосекундном диапазоне [см., например: Шувалов, Красновский, 1981]. Вместе с тем при освещении препаратов ФРЦ постоянным светом переход электрона от D\ к А] происходит не с этой большой константой скорости ~Ю10—10 2 с'1, а с константой скорости, определяемой частотой попадания возбуждения в ФРЦ и не превышающей, как правило, величину 102 с' .
В экспериментальных исследованиях перенос электронов в ФРЦ активируется, как правило, либо короткой вспышкой света, либо продолжительным освещением (стационарный режим). Рассмотрим эти случаи отдельно.
1. При стационарном освещении, как уже указывалось выше,
световая константа скорости характеризует частоту прихода возбуждений в ФРЦ. Естественно, что ко — О, если интенсивность света равна нулю. Для световой экспозиции, начинающейся в момент времени V и заканчивающейся в момент времени t”, величина световой константы скорости может быть задана в виде:
к0 =
О, t < t' a, t'<t<t" О, t>t"
2. При импульсном освещении естественно считать, что величина световой константы скорости к0 может быть задана в виде «дельта» функции &o~A8(t-to). Ясно, что после освещения ФРЦ короткой вспышкой света (короче \!к\ \/т{) можно перенос электронов рассчитывать исходя из нулевой световой константы скорости, однако с новыми начальными условиями, согласно которым первичный донор окислен, а первичный акцептор восстановлен.
В связи с изложенным отметим, что при задании начальных условий необходимо иметь в виду следующее обстоятельство.
