Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
J
Таким образом, описание нециклического транспорта электронов в комплексе, состоящем из п переносчиков, при условии, что в комплексе находится не более одного электрона [схема (8.1)], эквивалентно описанию циклического транспорта электронов в комплексе, состоящем из п+\ переносчика и происходящего по схеме (8.8).
Это следует из того, что состоянию (С^С^С® ...С°С*+1) для циклического транспорта можно сопоставить состояние
при нециклическом транспорте, когда все переносчики находятся в окисленной форме. Остальные состояния, в которых восстановлен только i-и переносчик (/ <п), у этих двух систем совпадают. В силу изложенного изучать эти системы можно одновременно, поскольку для любой схемы (8.8) циклического транспорта электронов существует нециклический транспорт электронов, происходящий по схеме (8.1). Поэтому все, что справедливо для нециклического транспорта с числом электронов в комплексе меньше двух, с соответствующими изменениями может быть отнесено и к циклическому транспорту с одним электроном. Сказанное далее может быть дословно перенесено на схемы с одной «дыркой» (соответственно циклического и нециклического транспорта).
1. Поскольку стационарные значения вероятностей имеют вид долей, а размерность констант скорости есть с1, то удобно интерпретировать стационарные вероятности pt как средние доли пребывания комплекса в соответствующем состоянии (см. гл. 2). Вследствие этого выражение для стационарных вероятностей для рассматриваемых схем можно переписать в виде
где т, — среднее время пребывания комплекса в /-м состоянии.
2. Если число переносчиков велико, то доля времени пребывания в состоянии / уменьшается с увеличением числа переносчиков.
3. Из вида формул (8.5), (8.10) следует, что зависимость стационарных вероятностей от какой-либо константы скорости имеет вид гиперболы. Непосредственным дифференцированием легко убедиться, что график таких зависимостей не может иметь перегибов, а следовательно, в таких системах не могут реализоваться S'-образные кривые зависимости pt от какой-либо константы.
4. Полученные простые аналитические выражения (8.5) в дан-
(8.11)
j
ном частном случае позволяют ответить на следующий, чрезвычайно важный с точки зрения кинетического анализа, вопрос: как изменяются стационарные значения вероятностей если увеличить число переносчиков на один с константой скорости «оттока» к! Применяя выражение (8.5) к рассматриваемой ситуации, получим:
/ \
Рг =
1/к,
1/к,
1
1/к
l/k + Y,l/kj
(8.12)
откуда вытекает следующий вывод. Если в своем рассмотрении, мы пренебрегаем переносчиками, то мы а) увеличиваем соответствующие значения вероятностей учтенных переносчиков,
предполагая по-прежнему что ^ Pj = 1; б) делаем погрешность
j
тем большую, чем больше I/к Последнее означает, что в рассматриваемых условиях пренебрежение переносчиками с большими константами скорости «оттока» более правомерно, чем пренебрежение переносчиками с меньшими величинами констант
(l/k)/(Zl/к ). Если это отношение мало, то мала и погрешность.
j
Отметим, что величина отношения зависит также и от числа переносчиков.
5. Полученные выше системы дифференциальных уравнений, описывающие циклический и нециклический транспорт электрона, не допускают простого точного решения для произвольного переходного процесса, поскольку характеристические числа зависят от всех констант скорости. Однако если одна из констант скорости равна нулю, то могут быть получены точные формулы для переходного процесса. Последний случай характерен для переноса электронов при фотосинтезе после выключения действующего света и проанализирован нами в гл. 7.
Таким образом, рассмотрение транспорта электронов в окислительных (восстановительных) условиях приводит к очень простым схемам переноса не более чем одного электрона (одной дырки).
8.2. Построение квазисостояний
Основная трудность при анализе переноса электронов в комплексах молекул переносчиков состоит в быстром возрастании числа различных состояний комплекса при увеличении числа переносчиков.
Точное решение исходной системы дифференциальных уравнений практически возможно лишь для небольшого числа переносчиков, в связи с чем могут представлять интерес различные способы приближенного описания функционирования комплекса.
Рассмотренный в предыдущем параграфе метод сводился по существу к изменению констант скорости путем изменения pH, концентрации экзогенных доноров и акцепторов и т. д., таким образом, чтобы рассматривать перенос электронов либо в «пустом», либо в «полном» комплексе. Если же имеется существенная иерархия в значениях констант скорости между компонентами комплекса, то для приближенного анализа кинетики переноса электронов достаточно небольшого числа переменных. Ниже изложен способ упрощенного описания функционирования таких комплексов молекул переносчиков электронов [Шинкарев, 1978; Венедиктов и др., 1979 а, б]. Его основная идея состоит в замене некоторых быстро-усредняющихся множеств состояний квазисостояниями и рассмотрении переходов только между этими новыми квазисостояниями. Возможность выделения квазисостояний определяется иерархией величин констант скорости переходов между состояниями — при варьировании величин констант скорости изменяется и разбиение фазового пространства этого комплекса на квазисостояния.
