Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
m-(s-i) m_s
В этой схеме D\ ..., Dn—переносчики электронов, находящиеся на донорной стороне; А\, ..., As—переносчики электронов, находящиеся на акцепторной стороне ФРЦ; Ц А — внешние донор и акцептор электронов; kh k.h mh (/=1, 2, ...,w;_/= 1, ...,
5)—соответствующие константы скорости прямых и обратных реакций переноса электронов. Константа скорости световой стадии ко считается пропорциональной интенсивности действующего света; ее более подробное определение приведено в следующем параграфе.
Число компонентов, входящих в состав ФРЦ, как правило, не менее 3—5. Однако из-за математических трудностей обычно анализируют только модель ФРЦ с двумя переносчиками [Сорокин, 1973; 1976а, б]. Вместе с тем известные в настоящее время особенности функциональной организации ФРЦ позволяют сформулировать общую кинетическую модель, описывающую транспорт электронов в реакционных центрах, без существенных ограничений на число переносчиков электронов.
Общими чертами в функциональной организации реакционных центров фотосинтезирующих бактерий, а также, по-видимо-му, реакционных центров фотосистем I и II зеленых растений являются следующие [Шинкарев, Рубин, 1981]:
A. Ближайшее донорно-акцепторное окружение ФРЦ представляет собой единый комплекс молекул переносчиков, в котором задана строгая последовательность переноса электронов.
Б. Среднеточечные редокс-потенциалы соседних переносчиков электронов, находящихся на донорной и акцепторной сторонах реакционного центра, отличаются, как правило, не менее чем на 60—100 мВ. Это означает, что все константы равновесия ?Д_г, /и/ т.] (/=1, 2, ..., п—1; /=1,2,..., 5—1) на схеме (9.1) больше 10 и, следовательно, при анализе кинетики переноса электронов можно пренебречь константами скорости обратных реакций ?_г„ m.j. Кроме того, редокс-потенциалы переносчиков Z>i, ?)2,..., Dn выше потенциалов переносчиков^!, А2, ..., As (рис. 42).
B. Величины констант скорости переноса электронов на соседних участках донорной и акцепторной сторон реакционного центра отличаются друг от друга не менее чем на 2—4 порядка:
k,_x >(l02 -104Х, 0=2,3.....п-1),
т}_х >(ю2-104)от7, (J=2,3,...,s-I).
Наряду с учетом описанных общих черт организации реакционных центров в дальнейшем мы будем предполагать следующее.
1. Редокс-потенциалы внешних доноров и акцепторов таковы, что условия необратимости выполняются также на участках
к-п m-s
обмена электронами комплекса реакционного центра со средой.
Это позволяет с учетом пункта Б схему (9.1), описывающую транспорт электронов в ФРЦ, переписать следующим образом:
kyj кп-\ ^2 к] кг\
Dn ... ^ D2 ^ Dx-> Ах^> А2^ ... -V As -> А (9.2)
На этой схеме константы скорости кп и ms являются псевдо-мономолекулярными константами скорости, пропорциональными соответственно концентрации донора D в восстановленной форме и концентрации акцептора А в окисленной форме, в отличие от мономолекулярных констант скорости ku ки..., кп.ь ти М2...ms.\.
2. Концентрации внешних доноров и акцепторов таковы, что для рассматриваемых отрезков времени функционирования ФРЦ их можно считать постоянными; кроме того, для псевдомономо-лекулярных констант скорости обмена электронами реакционного центра со средой справедливы соотношения кп«кп. i, ms« ms.\.
3. Кооперативность в переносе электронов не нарушает соотношений, описанных в пунктах 1 и 2, и ею можно пренебречь.
Как уже неоднократно указывалось ранее (см. гл. 3, 4), для описания переноса электронов в комплексе необходимо учитывать состояния комплекса как целого. Обозначим состояния ФРЦ через 1, 2, ..., / и введем вероятность pr(t) того, что комплекс переносчиков находится в r-м состоянии в момент времени t.
7 Заказ № 4821
€,мв
Рис. 42. Схема переноса электронов в фотосинтетичес-ком реакционном центре (7) и величина логарифма констант скорости соответствующих переходов (77)
Объяснения в тексте
Тогда (см. гл. 3) для введенных вероятностей справедлива система линейных дифференциальных уравнений
где к1г—константа скорости переноса электрона, соответствующая переходу между /-м и r-м состояниями ФРЦ. Решив систему дифференциальных уравнений (9.3) с соответствующими начальными условиями, можно найти и вероятность редокс-состояний (восстановленное™) любого переносчика ФРЦ, просуммировав вероятности всех тех состояний комплекса, в которые входит этот переносчик в интересующем нас состоянии (восстановленном).
С экспериментальной точки зрения наибольший интерес представляет рассмотрение зависимости степени восстановленное™ переносчиков электронов, входящих в состав ФРЦ, от концентрации экзогенных доноров, акцепторов и от величины интенсивности действующего света. Кроме того, важной характеристикой является стационарная скорость переноса электронов через реакционный центр. Особый интерес представляет рассмотрение переходных процессов, индуцированных включением и выключением действующего света различной длительности.
Оказывается, что в рамках изложенной кинетической модели переноса электронов в ФРЦ удается рассчитать все названные выше характеристики.
