Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
реализация принципа, согласно которому стабилизация энергии первично разделенных зарядов осуществляется за счет потери части энергии кванта. Более детальное обсуждение этого принципа имеется в ряде работ [Литвин, 1975; Борисов, 1976; Rubin, 1978].
Возможно также, что часть энергии первично разделенных зарядов запасается в виде поляризации среды [Prince, Dutton, 1978; Rubin et al., 1980]. Здесь мы ограничились лишь рассмотрением процесса переноса электронов.
Быстрое разнесение разноименных зарядов к краям ФРЦ приводит к тому, что циклический транспорт электронов наиболее вероятен лишь между As и Dn. Наличие циклического потока сказывается в появлении быстрого компонента в темновой релаксации Д* и As.
Таким образом, функционирование ФРЦ как молекулярной машины, преобразующей случайные потоки электронов и квантов света в направленный поток электронов, обеспечивается соотношением констант скорости, которое задает последовательность и направление переноса электронов.
Глава 10 СТАЦИОНАРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ В ФРЦ
В предыдущей главе была построена кинетическая модель переноса электронов в ФРЦ и проанализирован транспорт электронов, индуцируемый единичной кратковременной вспышкой света. В данной главе, на основе этой модели будут проанализированы редокс-превращения переносчиков электронов, вызванные активацией ФРЦ постоянным светом.
С экспериментальной точки зрения наибольший интерес представляет рассмотрение зависимости восстановленное™ переносчиков электронов, входящих в состав ФРЦ, от концентрации доноров, акцепторов и от интенсивности действующего света. Кроме того, важной характеристикой является стационарная скорость переноса электронов через ФРЦ.
Основной задачей данной главы является нахождение указанных стационарных характеристик электронного транспорта в ФРЦ исходя из сформулированной в гл. 9 модели.
10.1. Сведение к двум многоэлектронным переносчикам
В общем случае достаточно трудно решить систему дифференциальных уравнений, описывающих поведение переносчиков электронов, взаимодействующих друг с другом согласно схеме
К ^K-i К к0 тх msA ms ао n
D->Dn->...->Dl->A1->... -> As^A ушл)
Однако использование существующей иерархии в величинах констант скорости
к, , >(ю2-104к, / = 2,3,...,и,
( о Л (Ю.2)
mj_l>\10 -10 Jnij, j = 2,3,...,s
позволяет получить решение в достаточно простой форме, если при анализе переноса электронов ограничиться лишь временами, сравнимыми со временами обмена электронами между ФРЦ и средой. Это связано с тем, что константа скорости ко, а также константы взаимодействия ФРЦ со средой существенно меньше констант переноса электронов внутри комплекса. Поэтому электрон, попав из среды в ФРЦ, быстро «размазывается» по переносчикам донорной части, прежде чем произойдет изменение числа электронов, связанное либо с дополнительным поступлением электронов от среды, либо с переносом электрона в акцепторную часть ФРЦ по световой константе скорости. То же происходит и при попадании электрона в акцепторную часть ФРЦ. Следовательно, на временах, больших, чем время, необходимое для такого усреднения, состояние ФРЦ можно охарактеризовать числом электронов, находящихся в его донорной и акцепторной частях. Число электронов, находящееся в соответствующих частях ФРЦ, является полной характеристикой стационарного транспорта электронов и позволяет однозначно вычислить восс-тановленность всех переносчиков ФРЦ ([Венедиктов и др., 1979а, б] см. гл. 8). В этом смысле донорную и акцепторную части ФРЦ можно рассматривать как комплекс двух многоэлектронных переносчиков, взаимодействующих друг с другом согласно схеме
к п к(\ п т /1 а
-+RX AR2 (Ю.З)
На этой схеме и далее для упрощения обозначений не указываются нижние индексы у констант скорости кп и ms.
Согласно схеме (10.1) на донорной стороне ФРЦ, обозначаемой как R\, может находиться 0, 1,2, ..., п электронов, а на акцепторной стороне, обозначаемой как Т?2,— соответственно 0, 1,
2, ..., s электронов. Поэтому введенные многоэлектронные переносчики необходимо считать п и s электронными. Граф переходов для комплекса этих двух переносчиков состоит из (и+1)х(5+1) состояний и имеет вид (10.4) [Шинкарев и др., 1980]. Здесь состояние (//) означает, что на донорной стороне ФРЦ находится i, а на акцепторной—:/ электронов. Равенство между собой всех констант скорости поступления электронов в комплекс (к) есть следствие ограничений, накладываемых формулой
(10.2) на величины констант скорости [Венедиктов и др., 1979а,
б]. То же самое относится и к константам скорости ко и т.
(10.4)
Заметим, что граф состояний, который описывает перенос электронов в схеме (10.1) без учета иерархии в величинах констант скорости, содержит 2П1Л состояний (не показан). Резкое уменьшение числа рассматриваемых состояний достигнуто за счет того, что граф состояний (10.4) описывает перенос электронов в приближении, учитывающем быстрое усреднение электронов по переносчикам. При построении схемы (10.4) учтено также, что независимо от величин констант скорости внутрикомплексного переноса электронов транспорт электронов невозможен, если переносчик электронов, на который переносится электрон, восстановлен.
