Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
Jh — поток протонов наружу, принятый равным скорости потери протонов из внутреннего пространства митохондрий.
3. На основе трех моделей сопряжения обсуждаются феноменологические уравнения, соответствующие охарактеризованной выше функции диссипации. Химическая гипотеза и гипотеза параллельного сопряжения не могут быть дифференцированы по формальным признакам, поскольку все феноменологические коэффициенты в обоих случаях отличаются от нуля, тогда как хемиосмотическая гипотеза представляется как крайний случай, когда коэффициент Lpo равен нулю.
4. Приведены данные в пользу того, что митохондрия является линейной и симметричной системой. Возможно, это свойство определяется тем, что наблюдения обычно проводятся вблизи многомерной точки перегиба, как рассмотрено в гл. 6. Степень сопряжения можно определить путем измерений в состоянии статического напора при подходящем выборе стандартного состояния, поскольку состояние установившегося потока в митохондриях и хлоропластах поддерживать не удается. Этот способ основан на классическом определении коэффициента дыхательного контроля. Осложнение здесь связано с тем, что система может вести себя как линейная, хотя и находится недостаточно близко к равновесию, если в феноменологические уравнения ввести аддитивные постоянные. В этом случае необходима осторожность при интерпретации результатов.
5. Условием, подтверждающим справедливость хемиосмотической гипотезы, является специальное соотношение между степенями сопряжения: qPo = — <7рн<7он. То, что это соотношение имеет силу, пока не доказано экспериментально.
6. Представлен ряд примеров линейных свойств митохондрий. Показано, что при правильном выборе условий сродство реакций окисления можно корректно определить экспериментальными методами, аналогичными тем, что были использованы при изучении эпителиальных тканей.
7. Дан вводный очерк по бактериородопсину. Показано, что проблема описания фотоиндуцированного протонного насоса на основе общепринятых уравнений неравновесной термодинамики неразрешима.
8. Фотоцикл бактериородопсина представлен в виде кинетической диаграммы, перечислены составляющие его циклы, которые связаны с эффективностью трансформации энергии. Рассмотрены вопросы измерения квантового выхода в этом случае.
9. С помощью кинетической диаграммы и диаграммы уровней свободной энергии удается без труда перечислить возможные источники разобщения фотоцикла. Более того, мы приходим к предположению о важной функциональной роли многочисленных циклов дл регуляции бактериородопсиновой системы.
Послесловие
Развитый в этой книге формализм не является вполне установившимся, и можно ожидать, что по мере накопления экспериментальных данных, которые в настоящее время появляются очень быстро, на первый план будут выходить другие аспекты и потребуются изменения в интерпретации. Неравновесная термодинамика возникла из попыток устранить ошибки, обусловленные тем, что влияние взаимодействия между потоками не учитывается в явном виде. По причинам практического характера первые разработки в этой области были по необходимости линейными (как и обычный анализ эквивалентных электрических цепей), хотя известно, что истинная линейность может выполняться только вблизи равновесия. Как показывает эксперимент, во многих системах линейность выполняется гораздо дальше от равновесия, чем ожидалось, что позволяет охарактеризовать ряд систем в широком интервале условий. Параметры, оцениваемые таким путем, естественно, относятся к чисто феноменологическим и требуют дальнейшей детальной интерпретации на молекулярном уровне. Ясно, что следует принять во внимание локальную нелинейность, т. е. нелинейность элементов, образующих систему. Механизмы, по которым локальные нелинейности в совокупности образуют общую линейную систему, представляют значительный интерес [2], однако они находятся за рамками данной книги. К этой проблеме можно подойти с помощью весьма эффективных методов термодинамики сетей. Какова бы ни была природа регуляторных механизмов, представляется, что линейность может обеспечить ряд преимуществ, связанных с устойчивостью системы [1], коэффициентом полезного действия и эффективностью сил [3].
Список обозначений
А — сродство химической реакции; yjconc— компонента сродства, зависящая от концентрации;
A'i — аддитивная постоянная сродства;
ATeg— сродство для нелинейного регулятора;
^4tot — полное сродство для последовательности реакций;
^stand — стандартное сродство;
а — механическая постоянная в уравнении Хилла; ai — активность i-ro компонента;
Ь — м?ханическая постоянная в уравнении Хилла;
С — концентрация внутри мембраны;
с — средняя логарифмическая концентрация омывающего раствора;
Ci — средняя концентрация i-го компонента;
С1А (сгв) — концентрация t'-ro компонента в растворе А (В);
D — коэффициент «объемной» диффузии;
D* — коэффициент диффузии метки;
Е — разность электрических потенциалов между двумя обратимыми электродами;
