Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
4----------' '---V-----'
п S
Следовательно, восстановленное (окисленное) состояние переносчика Di определяется состояниями донорной части реакцион-
D) =1К (А'=1К) (Ю-5)
/>/ /=о
Аналогично, восстановленное (окисленное) состояние переносчика Ar, г— 1, 2, . . . , s есть объединение состояний акцепторной части ФРЦ R2, содержащих не менее (менее) чем s
— r+ 1 электронов:
4= IM' Gi° = lM) (10-6)
j=s-r+1 j=0
Обозначим через P(R\R{) вероятность того, что в момент t ФРЦ
находится в состоянии с i электронами в донорной и с / электронами в акцепторной частях. Тогда на временах больших, чем время, необходимое для усреднения электронов по переносчикам ФРЦ, можно записать следующую систему линейных дифференциальных уравнений, описывающую транспорт электронов согласно схеме (10.4) [Шинкарев и др., 1980]:
dP(R?R2 )/dt = mP(R?R\ ) - kP(R?R% ) dP(R\R*)/dt = kP(RX) + mP(RlRl)-{k + k0)P(RX)
dP( R" R'{ )/dt = kP(R"~' R'{ ) - mP(R"Rs2)
Решив эту систему дифференциальных уравнений с подходящими начальными условиями, мы сможем найти вероятности P(R{R{), а следовательно, в силу несовместности состояний (R\R{), и вероятность состояний донорной и акцепторной частей ФРЦ:
P(R\) = P(R\Rl) + P(R\R\) + ... + P(R№)
P(R{ ) = P(R\R{ ) + P(R\R{ ) + ...+P( R" R{ ).
Найдя вероятности Ri и R2 с соответствующим числом электронов, мы затем сможем найти уже и восстановленность интересующих нас переносчиков D\, ..., Dn, Ai, ..., As по формулам, вытекающим в силу несовместности различных состояний Ri и из соотношений (10.5) — (10.6)
P(D}) = P(R[) + P(R[+1 )+... + P(R? )
P(D°) = \-P(D] ) = P(R\') +P(R\)+... +P( R\-')
P(Axr ) = P(Rf+1)+P( Rs2~r+1)+...+P(R2 )
P(4) = P(Rl) + ... + P(Rr)-
Поскольку вероятности неотрицательны, то из полученных соотношений для восстановленности переносчиков электронов можно сделать важный вывод, состоящий в том, что восстановленность переносчиков электронов строго определяется последовательностью их взаимодействия [Шинкарев, Рубин, 1983]. В са-
P(D°) = P(R°), P(D\) = P(R\)+... + P(R[~i),
P(D\) = P($)+P(R{), P(D\) = P(Rf) + ... + P(R?),
к, т, ко
к, т, ко
Рис. 45. Схематическое изображение соотношения степени окисленности (а) и восстановленности (б) переносчиков электронов, находящихся соответственно на донорной и акцепторной сторонах фотосинтетического реакционного центра
Верхние индексы 0 и 1 означают окисленное и восстановленное состояние переносчиков электронов
и т. д., откуда следует (рис. 45)
внутрикомплексного переноса электронов при условии (10.2) восстановленность переносчиков электронов, находящихся на донорной стороне ФРЦ тем больше, чем ближе они расположены к световой стадии. Аналогично этому восстановленность переносчиков, находящихся на акцепторной стороне ФРЦ, тем больше, чем дальше переносчик электронов находится от световой стадии.
Соотношение (10.10) есть следствие того, что на рассматриваемых временах каждое состояние R\l (R^) с i(j) электронами в донорной (акцепторной) части отражает несколько различных состояний комплекса, отличающихся друг от друга распределением электронов между переносчиками и находящихся в равновесии друг с другом. Это приводит к тому, что восстановленность переносчиков электронов строго соответствует их редокс-потен-циалам. Указанное свойство приводит к тому, что невозможна ситуация когда, скажем, Di восстановлен, а переносчик электронов с меньшим номером и находящийся ближе к световой стадии окислен (сравним с: [Пытьева и др., 1973; Варфоломеев, Березин,
P(D\') < P(D'I) < P(D'l) <... < P(D°J, P(D\)> P(D\)> P(D\)> ... > P(D\),
p(4) < p(4) < p(a\) <... < p(4),
(10.10)
PfA? ) > PfA?) > PfA? )>...> PfA° I
1977; Березин, Варфоломеев, 1979; с. 244]). В частности, этим объясняется тот факт, что в ФРЦ фототрофных бактерий окислен-ность пигмента всегда меньше, чем окисленность цитохрома [Пытьева и др., 1973].
10.2. Величина стационарной скорости переноса электронов через комплекс
В стационарных условиях скорость переноса электронов через комплекс может быть определена как скорость переноса электронов через любую стадию на схеме (10.1). После того как исходная схема (10.1) была сведена к схеме (10.4) двух многоэлектронных переносчиков электронов, удобнее всего для определения стационарной скорости переноса электронов через комплекс использовать выражение, связанное с поступлением электронов в комплекс
V = kP(D°J, (10.11)
и выражение, учитывающее скорость оттока электронов из комплекса
V = mP(A]). (10.12)
Поскольку окисленному состоянию Dn соответствует в силу формулы (10.8) сумма всех состояний многоэлектронного переносчика R\ за исключением состояния с п электронами, мы можем записать для стационарной скорости переноса электронов через комплекс следующее выражение:
п—1
' = k(l-P(R?)). (10.13)
