Рассказы о биоэнергетике - Скулачев В.
Скачать (прямая ссылка):
Вскоре на том же экране появляются слова, программистом не напечатанные. Это уже речь самой машины. Она сообщает, что приняла информацию.
Несколько секунд, и на другом экране возникает наша кривая, но теперь уже начало ее дано в микросе-кундной шкале.
Машина спрашивает, довольны ли мы ее работой. Мы в восхищении, но А. Драчев считает, что великоваты шумы, и просит машину усреднить данные. Еще несколько секунд, и появляется новый вариант нашей кривой — краше прежнего!
А ведь не зря А. Драчев убрал шумы! Теперь видно, что в действительности кривая генерации фотопотенциала состоит из трех фаз. Первая невелика по амплитуде и направлена противоположно основным фазам II и III. Она завершается быстрее, чем может измерить даже наша сверхбыстрая техника (время ее возникновения меньше 10~~7 секунды). Фаза II заканчивается к сотой микросекунде, а фаза III —¦ к двадцатой миллисекунде после вспышки.
Получив этот результат, мы решили заменить воду в ячейке на D20, тяжелую воду, в расчете на то, что это замедлит фазы генерации фотопотенциала, которые связаны с переносом Н+ (известно, что все процессы, где участвует ион водорода, замедляются, если вместо него в среде присутствуем ион дейтерия, D+).
Вспышка лазера, и на экране дисплея ЭВМ яркий зеленый лучик выписывает динамику фотоэффекта в D2O. Фазы II и III явно затянуты. А. Драчев приказывает машине рассчитать время, за которое фаза II достигает 50 процентов своей величины. Это время заметно больше в D20, чем в Н20. То же для фазы III.
Для наглядности программист вызывает из недр Памяти ЭВМ кривую прошлого опыта (с обычной водой). На это уходит всего несколько секунд. Лучик рисует дру-
гую кривую, она ложится гораздо левее той, которая была только что получена в опыте с D2O.
А что с фазой I? К сожалению, ее скорость в D2O все еще слишком велика и потому ускользает от измерения.
Из опыта с D2O можно было заключить, что по крайней мере фазы II и III как-то связаны с переносом Н+.
Независимое подтверждение этого вывода было получено, когда мы сопоставили наши кривые с динамикой спектральных превращений бактериородопсина.
Как показали в свое время У. Стокениус и Д. Остер-хельт, поглощение кванта света бактериородопсином ведет к весьма характерному изменению его окраски: сначала спектральный максимум бактериородопсина несколько смещается в красную область, затем происходит резкий сдвиг в противоположную (синюю) область, после чего максимум возвращается в исходное положение.
Так вот времена этих трех спектральных сдвигов оказались весьма сходными с тремя фазами обнаруженного нами фотоэлектрического эффекта: красный сдвиг неизмеримо быстр, синий — десятки микросекунд, возврат к исходному положению — десятки миллисекунд. Мы повторили спектральные измерения Стокениуса и Остерхельта в условиях нашего эксперимента и убедились в хорошей корреляции спектрального и электрического ответов.
Из работ А. Льюса было известно, что синий сдвиг в окраске бактериородопсина обусловлен отщеплением протона от атома азота в альдиминной группе бактериородопсина, а последующий обратный сдвиг — протонированием того же атома.
Теперь сопоставим основные факты, чтобы попытаться представить себе механизм генерации протонного потенциала бактериородопсином. Факты таковы:
1) бактериородопсин переносит протон через мембрану бактерии в направлении изнутри (из цитоплазмы бактериальной клетки) наружу, в омывающий бактерию раствор. Этот процесс сопряжен с поглощением кванта света;
2) свет вызывает изомеризацию ретиналевого остатка, прикрепленного к белковой части бактериородопсина через альдимин, который протонирован в темноте и депротонирован на свету;
3) процесс генерации потенциала при транспорте
протона складывается из трех стадий (фаз), сильно различающихся по своим скоростям;
4) каждой из этих фаз соответствует определенный спектральный переход, причем фаза II коррелирует с
?епротонированием альдимина, в то время как фаза
II — с последующим присоединением к нему протона.
Приняв во внимание все эти наблюдения, можно сформулировать следующую «минимальную» гипотезу.
Свет вызывает такое изменение в окружении прото-нированного альдимина, что его сродство к протону уменьшается, он отщепляется и затем выделяется в окружающий раствор. После этого окружение альдимина «нормализуется», он переходит в «темновое» положение В вновь приобретает способность связывать протон. Однако теперь уже протон может быть взят только из цитоплазмы бактериальной клетки, но не из внешнего раствора.
Почему же протон, сидящий в темноте на азоте альдимина, выделяется во внешнюю среду, а поглощается из цитоплазмы клетки?
Вероятно, в молекуле бактериородопсина есть два пути, проводящих протоны: один (выходной путь) из глубины мембраны в наружную среду, другой (входной) — из цитоплазмы в глубь мембраны.
В темноте протонированный альдимин находится в конце входного пути. Поглощение светового кванта выбывает изомеризацию ретиналя: остаток ретиналя как бы изламывается, так что прикрепленный к нему на конце атом азота альдимина выходит из контакта с, входным путем и перемещается в некое новое положение. Оно в начале выходного пути. Здесь происходит де-протонирование альдимина, и выделившийся ион Н+ перемещается наружу.
