Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
В используемом нами описании переноса электронов рассматриваются только наиболее медленные переходы усредненных состояний реакционного центра, связанные с изменением числа электронов в его донорной и акцепторной частях. В силу практической необратимости переноса электронов ([Венедиктов и др., 19796], см. также гл. 9), у состояния донорной части ФРЦ с / электронами первые / переносчиков восстановлены, а остальные переносчики — окислены. Аналогично у состояния акцепторной части ФРЦ с / электронами последние / переносчиков восстановлены. Иными словами, состоянию реакционного центра с / электронами в донорной и с / электронами в акцепторной частях соответствует следующее распределение электронов между отдельными переносчиками:
I /
(o...oi... 1 о...оП7ТТ)
n S
Следовательно, восстановленное (окисленное) состояние переносчика Dj определяется состояниями донорной части реакционного центра R\ содержащими не менее (менее) чем / электронов:
Dj=\jRi (D;=tk) (10.5)
l>l 7=0
Аналогично, восстановленное (окисленное) состояние переносчика Ar, r= 1, 2, . . . , s есть объединение состояний акцепторной части ФРЦ Т?2, содержащих не менее (менее) чем s- r+1 электронов:
4= й*2 (4° =U*2) (10-6)
j=s-r+1 7=0
Обозначим через P(R[R{ ) вероятность того, что в момент t ФРЦ находится в состоянии с / электронами в донорной и с / электронами в акцепторной частях. Тогда на временах больших, чем время, необходимое для усреднения электронов по переносчикам ФРЦ, можно записать следующую систему линейных дифференциальных уравнений, описывающую транспорт электронов согласно схеме (10.4) [Шинкарев и др., 1980]:
dP(Rx R2 )/dt = mP(R\'R\) - kP(R'R2 )
dP(RlR°2)/dt = kP(Rl'Rj ) + mP(R\R\)-{k + k(< )P<R\Д? ) (\{)1)
dP(R"R2 )/dt = kP(R"~xR2 ) - mP(R"R2)
Решив эту систему дифференциальных уравнений с подходящими начальными условиями, мы сможем найти вероятности P(R[R{), а следовательно, в силу несовместности состояний (R[R{), и вероятность состояний донорной и акцепторной частей ФРЦ:
P(R[) = Р(R[R2 ) + P(R[R}2) + ... + P(R№ ) (10 8)
P(R{ ) = P(R*R{ ) + P(R\Ri ) + ... + P(R"R2 ).
Найдя вероятности R\ и R2 с соответствующим числом электронов, мы затем сможем найти уже и восстановленность интересующих нас переносчиков D\, ..., Dn, А\, ..., As по формулам, вытекающим в силу несовместности различных состояний R\ и R2 из соотношений (10.5) — (10.6)
P(Dj) = P(R[) + P(Rl+l) + ... + P(R" )
P(D° ) = 1- P(Dj) = P(Rx ) + P(R\) + ... + P(R[~X) Ю.9)
P(A\) = P(R2~r+l) + P(Ri2~r+1) + ... + P(R2)
P(A°r) = P(R°2) + ... + P(Rr )¦
Поскольку вероятности неотрицательны, то из полученных соотношений для восстановленное™ переносчиков электронов можно сделать важный вывод, состоящий в том, что восстановленность переносчиков электронов строго определяется последовательностью их взаимодействия [Шинкарев, Рубин, 1983]. В самом деле:
P(D?) = P(R}°), P(D\) = P(Rl) + ... + P(Rl~l), P(D°2 ) = P(R*) + P(R\ A P(D\) = P(R$) + ... + Р(Щ),
Р($)
Р(А)
a p(D°) < p(d\)< ... < P(Dl) 1 б P(4)>P(Ais_l)>..>P(A\)
---- Р(Ф р(4)
P(Dl,) f р(4-1)
j / -/ р($> / р(4)
---->--- 0 ^ ->---
к, т, ко
к, т, ко
Рис. 45. Схематическое изображение соотношения степени окисленности (а) и восстановленности (б) переносчиков электронов, находящихся соответственно на донорной и акцепторной сторонах фотосинтетического реакционного центра
Верхние индексы 0 и 1 означают окисленное и восстановленное состояние переносчиков электронов
и т. д., откуда следует (рис. 45)
P(D*) < P(D\) < P(D\) < ... < P(D°n),
P(D\)> P(D\)> P(D\) > ... > P(D\ ), 10 10)
P(A{)<P(A\)<P(A\)<...<P(A]),
P(A\°) > P(A°2) > P(A°)> ... > P(A?).
Иными словами, независимо от величин констант скорости внутрикомплексного переноса электронов при условии (10.2) восстановленность переносчиков электронов, находящихся на донорной стороне ФРЦ тем больше, чем ближе они расположены к световой стадии. Аналогично этому восстановленность переносчиков, находящихся на акцепторной стороне ФРЦ, тем больше, чем дальше переносчик электронов находится от световой стадии.
Соотношение (10.10) есть следствие того, что на рассматриваемых временах каждое состояние R\l (Rj) с /(/') электронами в донорной (акцепторной) части отражает несколько различных состояний комплекса, отличающихся друг от друга распределением электронов между переносчиками и находящихся в равновесии друг с другом. Это приводит к тому, что восстановленность переносчиков электронов строго соответствует их редокс-потен-циалам. Указанное свойство приводит к тому, что невозможна ситуация когда, скажем, Di восстановлен, а переносчик электронов с меньшим номером и находящийся ближе к световой стадии окислен (сравним с: [Пытьева и др., 1973; Варфоломеев, Березин, 1977; Березин, Варфоломеев, 1979; с. 244]). В частности, этим
