Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Стрелками указаны моменты включения (Т) и выключения света (>1/)
а I
?//?>с
20
О
О О? 0,4 0,6 0,8 Р(С°)
рующей бактерии Е. shaposhnilovii (а), а также зависимость времени темнового восстановления этого цитохрома от интенсивности света (б). Из рисунка видно наличие временной задержки в темновом восстановлении цитохрома (Di) после выключения света и возрастание времени темнового восстановления при увеличении интенсивности предшествующего освещения. Следует, однако, отметить, что при выделении хроматофоров. возможно, нарушен циклический транспорт электронов, при наличии которого наблюдается другая зависимость времени темнового восстановления от интенсивности света [Pyt’eva et al., 1976]. Таким образом, зависимость времени темнового восстановления цитохрома от интенсивности света может служить критерием нециклического транспорта электронов. Сделанный нами вывод полностью согласуется с аналогичным утверждением, полученным при численном анализе на ЭВМ бимолекулярных реакций переноса электронов в бактериальном фотосинтезе [Pyt’eva et al., 1976].
11.3. Кинетика переходных процессов при включении света
Кинетика редокс-превращений переносчиков электронов под действием постоянного света имеет достаточно сложный вид. Однако если поток электронов лимитирован скоростью оттока или притока электронов в ФРЦ, то можно получить достаточно простое решение системы дифференциальных уравнений, описывающих перенос электронов согласно схеме (11.1). Действительно, в темноте реакционный центр находится в состоянии (/70), в котором все переносчики на донорной стороне ФРЦ восстановлены, а переносчики на акцепторной стороне — окислены. При активации ФРЦ квантом света электрон от D\ перейдет шА\, после чего электрон в акцепторной части быстро перейдет на As, а «дырка» на донорной части перейдет на Dn, т. е. реакционный центр окажется в состоянии (п—1 1). Дальнейшее поведение ФРЦ целиком зависит от того, что произойдет быстрее — вынос электрона из акцепторной части (с константой скорости т), приход электронов в донорную часть (с константой скорости к) или активация ФРЦ вторым квантом (с константой скорости ко). Если лимитирующим процессом является вынос электронов из акцепторной части к, ко>т, то переходы ФРЦ будут происходить в основном с константами скорости ко и к, как это показано на схеме.
Причем этот процесс будет происходить до тех пор, пока либо не
(11.18)
восстановится вся акцепторная часть ФРЦ, либо не окислится вся донорная часть в зависимости от того, n>s или n<s. Если число переносчиков на донорной стороне больше, чем на акцепторной (n>s), то легко получить решение системы уравнений, описывающей переходы на схеме (11.18). Обозначим через xf(t) вероятность того, что через время t после включения действующего света на акцепторной стороне ФРЦ имеется / электронов. В начальный момент времени электронов в акцепторной части не было, и они попадают в нее лишь после световой активации ФРЦ [см. схему (11.18)].
Поэтому x/t) равна вероятности того, что за время t в ФРЦ придет / квантов. Поскольку приход квантов образует пуассо-новский поток с интенсивностью ко, то можно записать:
Если лимитирующим является процесс поступления электронов в донорную часть ФРЦ (к<ко, т), а число переносчиков электронов на акцепторной стороне больше, чем на донорной (s>п), то вероятность y/t) того, что на донорной стороне ФРЦ находится j «дырок» (п—:/ электронов), равна вероятности того, что реакционный центр будет активирован ровно / раз:
От числа электронов (дырок) в акцепторной (донорной) части ФРЦ необходимо перейти к восстановленное™ отдельных переносчиков. Согласно соотношению (11.3) восстановленность переносчика А определяется следующим соотношением:
Таким образом, при s>n, к«ко, т кинетика окисления переносчиков электронов, находящихся на донорной стороне ФРЦ, носит S'-образный характер. S'-образность тем более выражена, чем ближе переносчик электронов находится к световой стадии. Выражение, описывающее изменение восстановленное™ переносчиков D\, , Dm полностью совпадает с (11.17), с той лишь
разницей, что в (11.21) вместо к стоит ко. Следовательно, представление о характере изменения во времени восстановленной формы Di, можно получить из рис. 52.
Временная задержка в окислении переносчиков электронов на донорной стороне ФРЦ обусловлена тем, что вследствие быстрого переноса электронов между ними приход возбуждения приводит к окислению D\ и быстрой (быстрее времени прихода следующего возбуждения) миграции дырки к Dn. Приход второго возбуждения приводит к окислению Dn.\ и т. д. Таким образом,
(11.19)
у «)=№-е->« J-
(11.20)
Р( Dj) - X Р( +ч ) - У о + У\ + ¦¦¦ + У п-i -
= е *°г (l + к01 + ... + (к^У 1 /(п - /)/).
(11.21)
Рис. 54. Схематическое изображение последовательности переноса электрона в ФРЦ пурпурных бактерий при различных соотношениях между величинами констант скорости
