Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
кщ+1 кщ+1
т
кт+1
(8.36)
Заключение
буждений в ФРЦ можно не рассматривать быстрые внутриком-плексные переходы (см. гл. 10, 11).
Во втором подходе иерархия величин констант скорости и начальные условия экспериментально изменяются таким образом, чтобы максимально упростить рассматриваемую систему и сделать ее доступной для изучения. Примером этого подхода можно считать рассмотрение транспорта электронов в условиях, когда происходит перенос лишь небольшого числа электронов (дырок). В этом случае, естественно, невелико и число различных изменяющихся во времени состояний комплекса. Перечислим кратко различные, не исключающие друг друга, экспериментальные условия такого рода:
а) создание окислительных (восстановительных) условий, когда электроны (дырки) так редко поступают в комплекс, что можно пренебречь возможностью наличия в комплексе двух электронов (дырок) и рассматривать перенос только не более чем одного электрона (одной дырки) (см. гл. 12);
б) создание неравновесных условий за счет переноса лишь небольшого числа (1—2) электронов в комплексе. Типичным примером такого рода условий является активация ФРЦ короткой вспышкой света;
в) создание таких условий (с помощью ингибиторов, редокс-потенциала среды, pH, температуры, редокс-медиаторов), при которых перенос электронов ограничен лишь небольшим числом переносчиков. Типичным примером такого рода является рассмотрение переноса электронов в восстановительных условиях в реакционных центрах фотосинтеза, когда часть акцепторов электронов реакционного центра уже исходно восстановлена до активации реакционного центра светом.
Совершенно очевидно, что целесообразно сочетать оба рассмотренных подхода.
Глава 9
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ В ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРАХ
В главе рассмотрены особенности кинетического описания транспорта электронов при фотосинтезе. Построена упрощенная кинетическая модель переноса электронов в ФРЦ, которая учитывает как организацию переносчиков электронов в комплекс, так и имеющуюся иерархию в величинах констант скорости переноса электронов на отдельных этапах (102—1011 с'1). Рассмотрена симметрия в переносе электронов на донорной и акцепторной сторонах ФРЦ.
В общем виде схема переноса электронов в ФРЦ фототрофных бактерий, а также в фотосистемах I и II высших растений может быть представлена следующим образом [см. гл.
1, а также: Barber, 1978; Шинкарев, Рубин, 1981; Шувалов, Красновский, 1981].
кп . кп-1 , к2 * h . *0 , Щ . т2 .
А=^А,;
?-тг Л:—(и—l) *-2 ?-1 *-0 «г-1 «-2
...7^ ,! ''Л
В этой схеме Z>i ..., Z)„—переносчики электронов, находящиеся на донорной стороне; А\, ..., As—переносчики электронов, находящиеся на акцепторной стороне ФРЦ; D, А — внешние донор и акцептор электронов; kt, к4, nij, m.j (i= 1, 2, j= 1, ..., 5)—соответствующие константы скорости прямых и обратных реакций переноса электронов. Константа скорости световой стадии ко считается пропорциональной интенсивности действующего света; ее более подробное определение приведено в следующем параграфе.
Число компонентов, входящих в состав ФРЦ, как правило, не менее 3—5. Однако из-за математических трудностей обычно анализируют только модель ФРЦ с двумя переносчиками [Сорокин, 1973; 1976а, б]. Вместе с тем известные в настоящее время особенности функциональной организации ФРЦ позволяют сформулировать общую кинетическую модель, описывающую транспорт электронов в реакционных центрах, без существенных ограничений на число переносчиков электронов.
Общими чертами в функциональной организации реакционных центров фотосинтезирующих бактерий, а также, по-видимо-му, реакционных центров фотосистем I и II зеленых растений являются следующие [Шинкарев, Рубин, 1981]:
A. Ближайшее донорно-акцепторное окружение ФРЦ представляет собой единый комплекс молекул переносчиков, в котором задана строгая последовательность переноса электронов.
Б. Среднеточечные редокс-потенциалы соседних переносчиков электронов, находящихся на донорной и акцепторной сторонах реакционного центра, отличаются, как правило, не менее чем на 60—100 мВ. Это означает, что все константы равновесия к/к.и mjl m.j (/=1, 2, ..., п—1; /'=1,2,..., s—1) на схеме (9.1) больше 10 и, следовательно, при анализе кинетики переноса электронов можно пренебречь константами скорости обратных реакций k_i„ m.j. Кроме того, редокс-потенциалы переносчиков D\, Dn
выше потенциалов переносчиков^!, А^,..., As (рис. 42).
B. Величины констант скорости переноса электронов на соседних участках донорной и акцепторной сторон реакционного
центра отличаются друг от друга не менее чем на 2—4 порядка:
^_,>(ю2-104^, (/=2,3,...,в-1),
В!,._, >(ю2 -10A\ij, (/=2, 3,..., s-1),
Наряду с учетом описанных общих черт организации реакционных центров в дальнейшем мы будем предполагать следующее.
Е,нв
-506 I
0
wTVs
