Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
9.2. Задание световой константы скорости
Отличительной чертой переноса электронов при фотосинтезе является наличие световой стадии, в которой энергия света используется для того, чтобы перенести электрон от первичного донора к первичному акцептору (см. схему 9.1).
В связи с этим в данном параграфе рассматриваются способы задания световой константы скорости ко для различных режимов освещения.
Первичные процессы переноса электронов в ФРЦ протекают чрезвычайно быстро, часто в пикосекундном диапазоне [см., например: Шувалов, Красновский, 1981]. Вместе с тем при освещении препаратов ФРЦ постоянным светом переход электрона от D\ к Ал происходит не с этой большой константой скорости ~Ю10—10 2 с"1, а с константой скорости, определяемой частотой попадания возбуждения в ФРЦ и не превышающей, как правило, величину 102 с" .
В экспериментальных исследованиях перенос электронов в ФРЦ активируется, как правило, либо короткой вспышкой света, либо продолжительным освещением (стационарный режим). Рассмотрим эти случаи отдельно.
1. При стационарном освещении, как уже указывалось выше,
световая константа скорости характеризует частоту прихода возбуждений в ФРЦ. Естественно, что ко = 0, если интенсивность света равна нулю. Для световой экспозиции, начинающейся в момент времени t’ и заканчивающейся в момент времени t”, величина световой константы скорости может быть задана в виде:
к =
о, t<t'
a, t'<t<t" О, t>t"
2. При импульсном освещении естественно считать, что величина световой константы скорости к0 может быть задана в виде «дельта» функции ?0~A5(t-t0). Ясно, что после освещения ФРЦ короткой вспышкой света (короче 1 /к\ \/т\) можно перенос электронов рассчитывать исходя из нулевой световой константы скорости, однако с новыми начальными условиями, согласно которым первичный донор окислен, а первичный акцептор восстановлен.
В связи с изложенным отметим, что при задании начальных условий необходимо иметь в виду следующее обстоятельство.
В простейшем случае темновые и световые процессы переноса электронов характеризуются одинаковыми наборами констант скорости, отличаясь лишь световой константой скорости к0. Поэтому начальные условия должны быть согласованы с системой дифференциальных уравнений в том смысле, что они должны быть уже решениями исходной системы уравнений с параметрами, соответствующими предыдущему режиму освещения. В частности, стационарное световое распределение электронов является начальным для последующей темновой релаксации и обратно, равновесное темновое распределение электронов может являться начальным для последующих фотоиндуцированных изменений редокс-состояний переносчиков электронов.
9.3. Симметрия переноса электронов на донорной и акцепторной сторонах ФРЦ
Как уже отмечалось выше, все реакционные центры построены по единому принципу, который заключается в том, что кинетический и термодинамический профили переноса электронов в них имеют сходный вид (см. рис. 42).
Схема переноса электронов в ФРЦ может быть представлена следующим образом [см. также формулу (9.2) ]:
кп кп_\ к о к] ко тл т2 ms
D^Dn V...4D24dx4ax4a24... -V AS->A (9.4)
На этой схеме стрелками показано направление переноса электронов между переносчиками. Перенос электронов в прямом направлении эквивалентен переносу «дырки» в обратном направлении (см. гл. 4). Поэтому, чтобы описать перенос «дырки», не-
SOO
о
4M
Ю'
Aj • Ag A$ ' Aj $f ЩЦг * &
Рис. 43. Схема переноса «дырок» в фотосинтетическом реакционном центре (Г) и величина логарифма констант скорости соответствующих переходов (II)
Объяснения в тексте
обходимо все стрелки на схеме (9.4) поменять на противоположные:
При составлении кинетических уравнений, описывающих процесс переноса «дырок» согласно схеме (9.5), необходимо использовать окисленные состояния переносчиков электронов.
Если повернуть схему (9.5) на 180°, то полученная схема будет полностью аналогична схеме (9.4):
Отсюда вытекает, что кинетическое поведение окисленных форм переносчиков As соответствует кинетическому поведению
восстановленных форм переносчиков Z)b ?)2,.... Dn. Естественно, что должны сравниваться схемы с соответствующим числом переносчиков на донорной и акцепторной сторонах ФРЦ.
При замене переноса электронов на перенос «дырок» происходит инверсия рис. 42 на 180° относительно световой константы скорости, а также изменение знака потенциалов полувосстановления переносчиков электронов на противоположный (рис. 43). Существенно, что замена переноса электронов на перенос дырок не изменяет ни кинетический (чем ближе к световой стадии, тем больше величина констант скорости), ни энергетический профиль. Поэтому кинетические закономерности переноса электронов в донорной части ФРЦ справедливы и для переноса «дырок» в акцепторной части ФРЦ и наоборот [Шинкарев, Рубин, 1982].
Такая кинетическая двойственность позволяет при анализе переноса электронов ограничиться рассмотрением либо только донорной, либо только акцепторной сторон ФРЦ. Сходство в
