Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
хн = —d/&/d(AtИ (8.21)
При интегрировании это дает
/н = у.н (Ен - Д'Ф) (АрН = 0) (8.22)
С другой стороны, в отсутствие разности электрических потенциалов на мембране
Ки = ( 2,3RT/F ) ( d (ДрН) ) (8.23)
или
/н = ин [Ян + 2,3 (RT/F) ДрН] (До|> = 0) (8.24)
(Здесь, как и ранее, мы приняли условие полярности, данное в работе [4], т. е. /н считается положительным, когда он направлен снаружи внутрь, Дф = фт— oj5s и ДрН = рНт — pHs.)
Аль-Авкати и сотрудники оценили параметры такого модельного эквивалентного контура. Они ввели «силу насоса, или кажущуюся протонодвижущую силу». Пренебрегая снова малым вкладом пассивного трансэпителиального потока протонов, выразим протонодвижущую силу (ПДС) уравнением
ПДС = (- *н)/н-„ = FEh (8.25)
Мы игнорируем здесь различие между кажущейся и истинной ПДС, которое возникает, если значение pH в цитоплазме слегка отличается от pH раствора, омывающего внутреннюю поверхность. Значения, полученные из величин градиентов электрического потенциала и pH, неразличимы: 144 + 9 и 161 ±8 мВ соответственно в единицах потенциала или 2,44 + 0,16 и 2,73 + 0,13 в единицах pH.
Выражая ПДС на основе линейного формализма неравновесной термодинамики по уравнению (8.14), имеем
ПДС = {LurlLn) А (8.26)
в точном соответствии с уравнением (8.13). Очевидно, как и для а, ПДС (или Ен) не является чисто энергетическим параметром, а зависит и от кинетических факторов.
Это заключение было проверено в модельных опытах, в которых транспорт модифицировали, влияя на метаболизм. Как видно из табл. 8.5, подавление метаболизма путем дезоксигена-ции, введения 2-дезоксиглюкозы или удаления субстратов во всех случаях приводило к существенному подавлению активного транспорта протонов и снижению з<н со сравнительно слабым влиянием на ПДС. Только при введении в омывающий раствор 2,4-динитрофенола влияние на у.н и ПДС было сопоставимым. Влияние этого вещества на ПДС, по-видимому, обусловлено усилением проницаемости мембран для протонов, что приводит к усилению пассивной утечки протонов в клетки через плазматические мембраны по пути, параллельному активному насосу. Такое объяснение подтверждается тем фактом, что 2,4-динитрофенол существенно снижает ПДС (на 12%) даже при введении его со стороны внешней поверхности в низкой концентрации (2-10-6 М), не влияющей на /но- В соответствии
Таблица 8.5. Влияние различных обработок на параметры эквивалентного контура для мочевого пузыря черепахи3
Обработка Концен (Уно)в/(/но)с Ыа)е/Ыа)с <ПДС)в/<ПДС)с П. Лите
трация, М ратура
Дезоксиге- --- 0,39 0,44 0,90 6 3
надия
2,4-Диии- ю-4 0,55 0,73 0,77 15 3
трофеиол
2-Дезокси- 10~2 0,56 0,67 0,87 9 3
глюкоза
После уда --- 0,26 0,29 0,88 6 3
ления
Глюкоза 5 • 10“3 1,70 1,84 0,94 6 3
Альдосте- 5- 10_7 1,58 1,68 0,96 4
рои6
а Данные взяты нз указанных источников н выражены в виде отношения среднего значения в опытном образце (е) к одновременно полученному среднему значению в парном контрольном образце (с), б Этн измерения проведены после 20 ч выдерживания с лльдостероном. Показано, что в этот период времени сродство А возрастает [1].
с этим введение в систему глюкозы дает отчетливо выраженную стимуляцию транспорта протонов, сопряженную с сопоставимым возрастанием хн, но без увеличения ПДС.
Все эти наблюдения подтверждают интерпретацию, основанную на уравнении (8.26), а именно: ПДС, как и ENa, представляет собой сложный параметр, включающий кинетические и энергетические факторы. Эти результаты особенно интересны, поскольку они позволяют избежать неоднозначности, возникшей при изучении «Ена», где для определения хйа пришлось использовать данные 5-секундных измерений проводимости, чувствительной к амилориду. В противоположность этому при изучении транспорта протонов измерялись стационарные токи; следовательно, можно считать, что по уравнениям (8.23) и (8.24) в данном случае оцениваются Хн и Ен (или ПДС) в пределах ошибки эксперимента.
Интересно также, что активация транспорта протонов после продолжительного выдерживания с альдостероном сопряжена с возрастанием хн при отсутствии влияния на ПДС. Хотя мы пока недостаточно ясно понимаем механизм действия альдосте-рона, чтобы объяснить природу этого эффекта, напомним, что для системы транспорта протонов, как и для транспорта натрия, продолжительное выдерживание с альдостероном приводит к повышению сродства А. Вероятно, это отражает возрастание свободной энергии метаболической реакции, которая служит движущей силой для транспорта. Следует ожидать, что удаление субстрата, его обратное введение и действие 2-дезоксиглю-козой также должны влиять на свободную энергию. Тот факт, что различные изменения обменных процессов влияют на *н. но при этом существенно не влияют на ПДС, снова приводит к выводу о динамическом взаимодействии между проницаемостью и энергетическими факторами, как и в случае транспорта натрия.
