Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Эволюция «дырки» в донорной части ФРЦ описывается последовательностью мономолекулярных переходов между состояниями комплекса
(1... 10)Д{1... 101)^1...^'(01... l)^(l 1... 1) (9.8)
Эволюция электрона в акцепторной части описывается аналогичным образом:
(10...0)^(010...0)^...т51(0...01)5(00...0) (9.9)
Каждое q-e состояние, кроме последнего, фигурирующее на схемах (9.8) и (9.9), можно отождествить с окисленным (восстановленным) состоянием q-ro переносчика электронов на донор-
(1-Ю) о Ц°,(0I...Q о о„°
п п
(ю...о) <-> 4,(о... oi) <-> 4
Вследствие этого можно записать систему дифференциальных уравнений, замкнутую относительно вероятностей редокс-состояний отдельных переносчиков (см. гл. 4). Существенно, однако, заметить, что в отличие от обычных мономолекулярных реакций в этом случае для описания переноса электронов в донорной части необходимо использовать окисленные состояния переносчиков, а в акцепторной части — восстановленные состояния.
Ввиду того что схема переноса электрона в акцепторной части аналогична схеме переноса «дырки» в донорной части ФРЦ, в дальнейшем мы ограничимся подробным рассмотрением лишь миграции «дырки» на донорной стороне реакционного центра. Для вероятности того, что q-й переносчик электронов на донорной стороне ФРЦ находится в окисленном состоянии, введем
обозначение xq(t) = P(D®). Тогда исходя из схемы (9.8) для вероятностей состояний окисленности переносчиков электронов можно записать систему линейных дифференциальных уравнений:
dxx / dt = -кххх
dx-y /dt = hxx - kjXj
2 112 2
dxn/dt = kn_ixn_i-knxn
Как следует из полученных общих соотношений, кинетика редокс-превращений переносчиков электронов описывается суммой
Можно считать, что после освещения вспышкой начальные условия для вероятностей состояний окисленности переносчиков электронов, находящихся на донорной стороне ФРЦ, имеют вид xi(0) = 1, Jt,{0) =0, i = 2, 3, п. Поэтому решение системы диф-
ференциальных уравнений (9.10) может быть записано следующим образом [Бартлетт, 1958]:
Ч
xq(t) = kik2-...-k 2^q-\Z, ¦, , ,» 9=2,3, (9.11)
/=i <о/-к()
В этом выражении a>q (—kt) — значение производной
a>q(-k,) = (kl-к,Хк2-*,Х*/+1-k,)-...-(kq-к)
Аналогичное общее соотношение справедливо и для переносчи-
Р(4) = е~щ',
j
Р(Л)) = т-------------------- ,7=2, 3,..., s, (9.12)
м
Как следует из полученных общих соотношений, кинетика ре-докс-превращений переносчиков электронов описывается суммой экспоненциальных членов, показатели которых — константы скорости переноса электронов на соответствующих участках. Однако полученные выражения (9.11) и (9.12), описывающие темновую релаксацию ФРЦ, не учитывают иерархии величин констант скорости, отмеченной в пункте В. С учетом этой
иерархии г-й член в сумме (9.11), стоящий перед e~krt, близок к нулю, если r<q- 1, близок к -1, если r-q- 1, или к 1, если г — q. Отсюда следует, что соотношение (9.11) может быть
xq(t) = P(D\) * е~к“1 - ек“-", q = 2, 3,..., п,
(9.13)
bfO-Pfnf)»*-*'.
Аналогичные соотношения справедливы и для переносчиков электронов, находящихся на акцепторной стороне реакционного центра:
P(A))*emi‘у = 2,3,...,s, Р(4)*е-Щ‘. (9.14)
Таким образом, перенос электронов в реакционном центре осуществляется с явно выраженной стадийностью: сначала имеет место перенос «дырки» за время ~ \!к\ от D\ к Z>2, затем — за время ~ 1/^2» l/^i — на Z>3 и т. д. Аналогичное положение распространяется и на перенос электронов в акцепторной части.
До сих пор мы рассматривали нециклический транспорт электронов и не учитывали внутрикомплексного циклического переноса электронов от акцепторов к донорам, который возможен ввиду того, что редокс-потенциалы переносчиков, находящихся на акцепторной стороне реакционного центра, ниже редокс-потенциалов переносчиков донорной стороны (см. рис. 42). Однако при циклическом потоке электронов донорную и акцепторную части уже нельзя рассматривать независимо. Из любого состояния, в котором имеется один электрон в акцепторной части и одна «дырка» в донорной части, ФРЦ может перейти с константой скорости циклического переноса (своей для каждого состояния) в исходное равновесное состояние (1...1
0...0). Вместе с тем согласно выражениям (9.13) и (9.14), время жизни любых неравновесных состояний реакционного центра, отличающихся от (1 ... 1 0... 0), тем больше, чем дальше находятся электрон на акцепторной, а «дырка» на донорной стороне ФРЦ от световой стадии. Это приводит к тому, что циклические переходы нужно учитывать только в случае долгоживущих неравновесных состояний реакционного центра.
Действительно, предположив независимость переносчиков на донорной и акцепторной сторонах ФРЦ для скорости циклического потока электронов Уц между А,- и D* можно записать следующее выражение:
V„« kj,P(Df )Р(А)) * к„(е~к<' --em]~v) (9.15)
