Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
После возбуждения Р электрон от него попадает на первичный хинон (со временем ~200 пс), а затем на вторичный хинон (со временем ~0,1—2 мс). Возврат электрона от Qn на Р может происходить двумя путями.
Первый, циклический, это перенос электронов с константой
Он осуществляется либо путем непосредственного туннелирования электрона, либо через промежуточные переносчики электронов. В последнем случае к — минимальная из констант скорости циклического транспорта электронов.
Второй путь — это возврат электрона через первичный хинон
p^—Q,p==^Qu (12.3)
и т_\
При комнатной температуре, вследствие того что т > т.i, электроны возвращаются на пигмент, по-видимому, по схеме (12.2). Вместе с тем, при более низких температурах, а также в препаратах изолированных ФРЦ определенную роль может играть перенос электронов согласно схеме (12.3).
Ниже проведен анализ температурной зависимости кинетики переноса электронов в ближайшем донорно-акцепторном окружении ФРЦ на основе минимальной схемы (12.1), объединяющей схемы (12.2) и (12.3).
12.2. Кинетическая модель
В окислительных условиях в ФРЦ находится только один электрон, поэтому переходы между состояниями ФРЦ имеют
P^Q^-Qu
А *-0
(12.4)
т_\
Система дифференциальных уравнений, описывающая эти переходы, имеет следующий вид:
dp/dt = k0(\-p-q)-(m1+k_0)p + m_1q, dq/ dt = тхр - (т_х + k)q,
где p,q — есть вероятности того, что первичныи и вторичныи хи-ноны находятся в семихинонной сЬооме соответственно.
Рис. 57. Схематическое изображение кинетики редокс-превращений пигмента ФРЦ, индуцированное постоянным (а) и импульсным (б) светом
Подчеркнем, что в схеме (12.4) предполагается, что обменом электронами между ФРЦ и средой можно пренебречь. Это допущение подтверждается тем, что в эксперименте наблюдается многократная воспроизводимость полностью обратимого фотоокисления бактериохлорофилла во всем изученном диапазоне температур в отсутствие экзогенных доноров [Лукашев и др., 1975]. Процесс темновой релаксации ФРЦ также может быть описан системой уравнений (12.5), если положить в последней величину «световой» константы скорости ко равной нулю:
dp/dt = -(ml + k_0)p + m_lq,
t \ (12.6) dq/ dt = тхр - (<т_х + кщ,
Решение системы линейных уравнений (12.6) может быть записано в следующем виде:
р = с^е ^ + с2е ^,
q = /{к + т_х —Я1) + с2т2е~^2t /{к + т_х - Л2 ),
где величины и подчиняются ограничениям
+Л2 = к_о + тх + m_i + к, • Х2 = к(к_0 + тх) + т_хк_
Сл =
с\ =
Со =
д(0)-р(0)Ъ(Л х) Ъ(Л2)-Ъ(ЛХ)
(12.7)
о. (12.8)
(12.9)
* + * (12Л0) к + т_\ - Л
В соответствии с формулами (12.9) р(0), q(Q>) — начальные условия, зависящие от режима освещения. С учетом формул (12.7—10) выражение, описывающее кинетику темнового восстановления фотоокисленного пигмента, имеет вид
= р | д = ~ к-0 ) C-Mt | С2(Лг -к_0)с_Л?; ^
к + m_i - Л] к + m_i - Л2
= Бе~Я1*+М е~Я2‘ (12.11)
р(0)Ь(Л2)-д(0)
Ъ(Л2)-Ъ(ЛХ)
ГП]
Экспериментально определяемыми величинами в этом выражении являются показатели экспонент Xi и Х2, а также отношение амплитуд предэкспоненциальных членов (рис. 57). Будем считать, что соответствует «быстрой» компоненте темнового восстановления пигмента, а — «медленной». Тогда исходя из формулы (12.11) можно записать следующее выражение для отношения амплитуд быстрой и медленной компонент
Полученные выражения (12.7-ь12) справедливы для активации ФРЦ как импульсным, так и непрерывным светом. Рассмотрим по отдельности эти предельные случаи.
При активации ФРЦ короткой вспышкой света можно считать, что электрон локализован на первичном акцепторе Qi, т. е. р(0) = 1, <7(0) = 0. Поэтому выражение (12.12) с учетом формулы (12.9) может быть записано в виде
т. е. Злм 1.
Переходя к относительному вкладу быстрого компонента (Х=Б/(Б+М)) темнового восстановления пигмента, получим
Можно рассматривать соотношения (12.8) и (12.14) как систему уравнений для определения неизвестных констант скорости т\, т. 1, к.о, к. Существенно отметить, что независимых уравнений для определения этих четырех констант скорости всего три, и, следовательно, в общем случае нет возможности определить эти константы скорости по отдельности исходя из импульсного эксперимента, в котором производится наблюдение только за окисленной формой пигмента.
Разрешая соотношение (12.14) относительно величины константы скорости «рекомбинации» к.о, можно найти
Таким образом, величина константы скорости к.о может быть точно определена исходя из экспериментально определяемых величин, причем она всегда меньше показателя «быстрой» экспоненты, но больше показателя Х2 «медленной» экспоненты и стремится к X] по мере увеличения вклада быстрого компонента
