Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Как уже указывалось ранее, в биологических системах существуют, по крайней мере, два способа взаимодействия переносчиков электронов друг с другом. Если переносчики электронов достаточно подвижны, чтобы взаимодействовать друг с другом посредством соударений, кинетика переноса электронов может быть описана на основе закона действующих масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Существенно, что в этом случае перенос электронов представляет собой бимолекулярную реакцию и определяется объемными концентрациями отдельных переносчиков электронов. Соответственно этому и термодинамические параметры электронтранспортных процессов также определяются объемными концентрациями переносчиков.
Если же переносчики электронов находятся в комплексах, внутри которых задана строгая последовательность их взаимо-
действия друг с другом, то они могут взаимодействовать лишь в том случае, когда они находятся в одном и том же комплексе. При этом перенос электронов между ними является уже моно-молекулярным процессом.
Суммарная скорость переноса электронов между переносчиками Cj и С2 пропорциональна концентрации комплексов, находящихся в состоянии С\С\, в котором С\ восстановлен, а С2 окислен:
vCi^C2~[c;c°]. (5.1)
Интересен вопрос о соотношении равновесных термодинамических характеристик переносчиков электронов, организованных в комплексы и переносчиков электронов, взаимодействующих друг с другом согласно закону действующих масс. В этом параграфе, если не оговорено противное, будем предполагать, что кооперативность в переносе электронов отсутствует.
Рассмотрим п одноэлектронных переносчиков электронов С\, С2 , . . . , Сп, находящихся в редокс-равновесии со средой (D). Поскольку несущественно, каким путем устанавливается редокс-равновесие комплекса со средой, то для простоты вычислений будем считать, что непосредственно со средой взаимодействует лишь первый переносчик:
ki к? к^ кп
С2^. ..^ Сп. (5.2)
mi m2 m3 mn
Здесь к\, т\ — псевдомономолекулярные константы скорости, пропорциональные концентрации восстановленной (k = k[[D*]) и окисленной (m = ml[D°]) формы вещества Д определяющего редокс-потенциал среды; ки mt (7 = 2, 3, . . . , п) — константы скорости соответствующих стадий переноса электронов.
Рассмотрим редокс-равновесие переносчиков электронов С\, С2 , . С„ со средой и сравним зависимость их степени восстановленное™ от величины констант скорости kh тг для различных типов взаимодействия переносчиков электронов друг с другом.
1. Пусть переносчики электронов С\, С2 Сп являются подвижными и взаимодействуют между собой согласно закону действующих масс. Тогда в предположении равенства общих концентраций переносчиков Ci,...,C„ друг другу, для долей их окисленных и восстановленных форм справедлива следующая система п нелинейных алгебраических уравнений (см. гл. 3):
-К^-Уд+щУх
(К +ЩУ2)$-Ух)-(Щ +к2(1-у2Ш (5 3)
КУпЛ (1 - Уп ) - т„У„ 0 - Упл ) = 0,
где 1 -уг (у)— доля /-го переносчика электронов (/=1, 2, ..., п), находящегося в окисленной (восстановленной) форме. Псевдо-мономолекулярные константы скорости ки rrii {г = 2, 3, ... , п) определены равенствами k^kjN, где к\ т’ —
бимолекулярные константы скорости соответствующих стадий переноса электронов, N — число молекул Сг в единице объема. Решая эту систему уравнений относительно отношения долей окисленной и восстановленной форм /-го переносчика, получим
=1///2 (5.4)
Уг
где lr=kr/mr, (г = 1, 2, 3, . . ., п)
2. Пусть переносчики электронов С\ С% . . . , Сп находятся в комплексе и отсутствует кооперативность в переносе электронов. В этом случае к*, (/ = 2, 3, . . . , п) — истинно мономолекуляр-
ные константы скорости переноса электронов внутри комплекса. Размеченный граф состояний, соответствующий схеме (5.3), имеет следующий вид:
(00...0)^2 (lO.-.O)^ZZl (010...0)
(1) щ (2) т2 (3) ..........
............. (5.5)
(011...1)^1(11...1)
/771
(2п -1) (2п)
Здесь индекс 0 или 1 на определенном месте означает, что соответствующий переносчик электронов окислен (восстановлен). Цифры в скобках означают номер состояний. Для равновесных вероятностей состояний комплекса (/=1—2П) можно записать соответствующую схеме (5.5) систему линейных алгебраических уравнений (см. гл. 3):
- к1р1 + тлр2 = О,
- (щ + к2)р2) + кхрх + т2р3 = 0, м
-щр1П +к1р2П_1 =0.
Решение этой системы линейных уравнений определено с точностью до множителя, т. е. определены лишь отношения вероятностей ph например, к вероятности первого состояния:
