Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
5. Эффект блокировки переноса электронов при восстановлении переносчика, на который переносится электрон. Поскольку в комплексах перенос электронов осуществляется по принципу «один на один», то восстановление переносчика, на который должен быть перенесен электрон, естественно становится невозможным. Отметим, что в случае подвижных переносчиков подобный эффект выражен не так ярко, поскольку при восстановлении одной молекулы имеется возможность перенести электрон на оставшиеся окисленные молекулы.
6. Экспоненциально быстрый рост числа состояний комплекса, наблюдаемый при увеличении числа переносчиков, входящих в комплекс. Этот аспект переноса электронов в комплексах необходимо учитывать при проведении эксперимента с электрон-транспортными комплексами. Так, для комплекса из 5 переносчиков, каждый из которых находится в двух состояниях — окис-
ленном и восстановленном, комплекс может находиться в 25 = 32 состояниях.
7. В силу марковского характера переноса электронов в комплексах (это обычный постулат, используемый в ферментативном катализе) перенос электронов может быть описан системой линейных дифференциальных уравнений относительно вероятностей состояний комплекса.
Рассмотренные особенности переноса электронов в комплексах приводят к тому, что кинетика переноса электронов в них может существенно отличаться от таковой, описываемой законом действующих масс.
Глава 4 СРАВНЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА
Задачей данной главы является анализ и сравнение существующих в настоящее время кинетических моделей электронного транспорта в биологических системах. Сравнение моделей электронного транспорта проведено на основе сформулированного ранее [Шинкарев, Венедиктов, 1977] вероятностного описания переноса электронов в комплексах молекул переносчиков. В главе установлены условия, при которых при описании электронного транспорта в комплексах можно пользоваться уравнениями относительно концентраций состояний отдельных переносчиков, составляющих комплекс. Обсуждается связь между законом действующих масс, применимым к подвижным переносчикам, и моделью, описывающей перенос электронов в структурных комплексах. Рассматриваются условия, при которых закон действующих масс можно применять для описания окислительно-восстановительных реакций в комплексах молекул-перенос-чиков. Выявлены различия в кинетике транспорта электронов между подвижными переносчиками электронов и между переносчиками, организованными в комплексы. Обсуждаются различные виды симметрии в переносе электронов.
4.1. Система зацепляющихся уравнений
Как правило, большинство экспериментальных методов, используемых для исследования транспорта электронов в биологических системах (абсорбционная спектроскопия, ЭПР и др.), позволяют наблюдать только редокс-состояния отдельных переносчиков электронов. Между тем скорость переноса электронов в комплексах определяется состояниями комплекса как целого, а не состояниями отдельных переносчиков, входящих в комплекс. Сле-
довательно, представляется необходимым выяснить те условия, при которых скорость переноса электронов в комплексе определяется только редокс-состояниями отдельных переносчиков.
Как уже указывалось в гл. 2, состояния отдельных переносчиков можно найти как объединение соответствующих состояний комплекса молекул переносчиков. Например, для восстановленной формы С, -го переносчика можно записать:
где суммирование производится по всем тем состояниям комплекса 5/, в которых данный переносчик электронов находится в восстановленной форме. Поскольку 5/ — все возможные несовместные состояния комплекса, то (см. гл. 2)
Здесь Р(С1) есть вероятность того, что j-й переносчик электронов находится в восстановленной форме.
Ниже показано, что если при описании электрон-транспорт-ных процессов в комплексе, состоящем из т переносчиков, в качестве переменных используются не вероятности состояний комплекса в целом, а вероятности меньшего числа переносчиков (?), то полученные уравнения не замкнуты в том смысле, что в них входят вероятности состояний (к+1) переносчиков. В частности, не может быть написана и замкнутая система дифференциальных уравнений относительно вероятностей состояний отдельных переносчиков, если только нельзя выразить вероятности состояний пар переносчиков через вероятности состояний отдельных переносчиков электронов.
Рассмотрим перенос электронов в комплексе т одноэлектронных переносчиков Ci,..., Ст. Будем предполагать, что отсутствует кооперативность в переносе электронов. Кинетика переноса электронов в таком комплексе может быть описана следующей системой линейных дифференциальных уравнений относительно вероятностей Pi=P(Si) состояний комплекса молекул переносчиков (см. гл. 3):
где aij — константы скорости перехода комплекса из /-го состояния в /-е.
Учитывая систему дифференциальных уравнений (4.3) относительно вероятностей состояний комплекса, а также формулу (4.2) для вероятности редокс-состояния отдельного переносчика, входящего в комплекс, имеем следующую систему дифференциальных уравнений относительно вероятностей редокс-состояний отдельных переносчиков:
