Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Однако рассмотренный механизм взаимодействия переносчиков электронов возможен лишь для переносчиков (или комплексов переносчиков), достаточно быстро передвигающихся в мембране или примембранном пространстве и взаимодействующих друг с другом путем случайных соударений и, строго говоря, не применим для описания переноса электронов внутри комплексов, в которые организовано большинство переносчиков ЦЭТ.
Перенос электронов е комплексах
Впервые транспорт электронов внутри структурных комплексов молекул переносчиков электронов был рассмотрен Холмсом [Holmes, 1959] для дыхательной электронтранспортной цепи и Малкиным [Malkin, 1966] для фотосинтетической электрон-транс-портной цепи. Затем электронный транспорт в комплексах был рассмотрен в работах [Malkin, 1969, 1972, 1977; Сорокин, 1973; 1976: Литвин, 1975; Hill, 1976; Sorokin, 1978; Варфоломеев и др., 1977, Шинкарев, Венедиктов, 1977; Hill, Chance,1978; Березин, Варфоломеев, 1979; Варфоломеев, 1976, 1981] и др. В отличие от подвижных переносчиков электронов, где каждая восстановленная молекула переносчика С\ могла отдать электрон любой окисленной молекуле Сг, в рассматриваемом случае восстановленный переносчик С\ может взаимодействовать только с тем окисленным переносчиком С2, который находится с С\ в одном и той же комплексе. Кроме того, перенос электронов между переносчиками в рассматриваемом случае является мономолеку-лярным процессом, поскольку в комплексе в едином акте происходит как окисление С\ так и восстановление С2. В силу этого
перенос электрона не имеет места, когда оба переносчика, входящих в комплекс, одновременно окислены или одновременно восстановлены. Таким образом, для описания переноса электронов в электрон-транспортных комплексах необходимо рассматривать состояния сразу двух переносчиков, участвующих в переносе электронов. Суммарная скорость переноса электронов между С\ и С2 в рассматриваемом случае пропорциональна концентрации комплексов, находящихся в состоянии C\Cl, когда переносчик С\ восстановлен, а переносчик С2 окислен, т. е. скорость переноса электронов между переносчиками С\ и С2
Пусть переносчики электронов, находящиеся в комплексе, взаимодействуют друг с другом согласно схеме (3.1). Удобно переходы между различными состояниями комплекса двух переносчиков изображать в виде графа, в вершинах которого находятся состояния комплекса, а стрелки указывают возможные переходы между состояниями комплекса. В частности, для схемы
(3.1) граф состояний будет иметь вид [Malkin, 1966; Pring, 1968; Сорокин, 1973; Шинкарев, Венедиктов, 1977].
На этой схеме верхние индексы 0 и 1 у С\ и С2 показывают отсутствие или наличие электрона на соответствующем переносчике: например, С\С\ означает такое состояние комплекса, когда первый переносчик окислен, а второй — восстановлен. Цифры в скобках указывают номер состояния комплекса. kt — константы скорости соответствующих переходов, причем константы скорости к\ и къ пропорциональны концентрации экзогенных доноров и акцепторов в соответствующей форме:
Существенно, что константа скорости к2 внутрикомплексного переноса электронов имеет мономолекулярный характер.
В отличие от переноса электронов между подвижными переносчиками в рассматриваемом случае возможна кооперативность в переносе электрона, т. е. зависимость констант скорости переноса электрона от состояния всех переносчиков, входящих в комплекс. Параметры а и Р на схеме (3.6) характеризуют степень кооперативное™. Так, например, перенос электрона от экзогенного донора в комплекс может существенно зависеть от зарядового состояния второго переносчика (а^1). Для концен-
V~[ClC°2]
(3.5)
(3.6)
(3-7)
траций различных состояний комплекса двух ферментов можно записать систему уравнений, которая полностью аналогична получающейся при рассмотрении переходов между различными, состояниями мультиферментного комплекса:
d[C\Cl ]/dt = к'ъ [Л()\С(;С\ ] - к[ [D1 ] [ѰѰ21 d[c{;c\]/dt = к2[С\С(2]- (к3[А°\ + ak\[D'])[C"C\\ d\C\C\]/dt = к\[Dl][С?С°2 ] + рк'ъ[А0][С\С\] - к2\С\С°2 ], d[C\C\ ]/dt = ак[ [D1 ][ С*С\ ] - Рк'ъ [А0 \C\C\ \
(3.8)
Решив систему дифференциальных уравнений относительно концентраций состояний комплекса (с соответствующими начальными условиями), можно найти также и концентрацию состояний отдельных переносчиков электронов, просуммировав концентрации всех тех состояний комплекса, в которых находится рассматриваемый переносчик в интересующем нас состоянии. Например, концентрация восстановленной формы первого переносчика равна
М=М+Ис'] (3.9)
Кинетика переноса электронов в комплексах молекул-переносчи-ков даже в отсутствие кооперативное™ (а=р=1) может суще-
Рис. 23. Зависимость скорости переноса электронов между С\ и С2 от концентрации реагентов для случая подвижных переносчиков (2) и переносчиков, организованных в комплексы
