Молекулярная биология клетки - Уилсон Дж.
ISBN 5-03-001999-5
Скачать (прямая ссылка):
Другие воздействия, изменяя поток электронов через цито-хромы
(DCMU и темнота останавливают поток электронов, яркий свет усиливает этот
поток), не влияют на синтез АТР. Остановка потока электронов не влияет на
величину электрохимического протонного градиента, потому что последняя
задается обработкой кислотой или щелочью. Яркий свет, который должен
усилить поток электронов и увеличить электрохимический градиент, в опыте
не оказывает действия. Однако если вы предсказали, что данное воздействие
должно привести к увеличению синтеза АТР,-это можно понять, первые
исследователи тоже думали, что
так должно быть. Очевидно, величина искусственного
электрохимического градиента настолько велика, что на нее не влияет
сколь-нибудь значительно нормальный поток электронов через цитохромы.
Литература: Jagendorf, А. Т., JJribe, Е. ATR formation caused by
acid-base transition of spinach chloroplasts. Proc. Natl. Acad. Sci. USA
55:170-177, 1966.
-28
А. Уравнение равновесия для реакции восстановления 02 железом Fe2+
записывается следующим образом:
4Fe2+ + 02 +4Н+ ->4Fe3 + + 2Н20.
Разделим эту протекающую в клетке реакцию на две части:
4Н+ + 02 +4е~ ->2Н20 Е0 = 0,82 В,
Fe3 + + е" -> Fe2+ Е0 = 0,77 В.
В этой равновесной реакции Fe2+ отдает электроны, следовательно,
ДЕ0 = 0,82 В - 0,77 В,
ДЕ0 = 0,05 В.
Если реакция протекает в стандартных условиях, то ДЕ = АЕ0. Используя
соотношение между АЕ и AG, получим
AG = -nFAE = -4x23 ккал/(В• моль) х 0,05 В,
AG = -4,6 ккал/моль
либо, как иногда представляют,
AG = -1,15 ккал/моль на каждый электрон.
Таким образом, поток электронов от Fe2+ к 02 термодинамически
выгоден; однако изменение свободной энергии в расчете на каждый электрон
чрезвычайно низко. Интересно, что для Т. ferrooxidans эта окислительно-
восстановительная реакция важна не как источник энергии, а скорее как
путь обезвреживания поступающих в клетку протонов и как источник
электронов для восстановления NADP + .
Б. Уравнение реакции восстановления NADP+ +Н+ с участием железа Fe2+
записывается так:
NADP+ + Н+ + 2 Fe2 + -"NADPH + 2Fe3 + .
Две части этой реакции, протекающей в клетке, таковы:
NADP + + Н+ + 2е~ -> NADPH Е0= - 0,32 В,
Fe3+ +е~ ->Fe2+ Е0 = 0,77 В.
В равновесной реакции Fe2+ отдает электроны, следовательно,
АЕ0 = - 0,32 В - 0,77 В,
АЕ0 = - 1,09 В.
В нестандартных условиях:
2,3 RT [NADPH] [Fe3+]2
А Е = АЕ0-------------log
nF ~о1° [NADP+] [Fe2+]2 '
Так как концентрации Fe2+ и Fe3+ одинаковы, их можно сократить. Тогда
Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты 355
2,3 1,98-10 3 ккал , , В-моль, 10
Д?= -1,09 В х-------------------------х 310 К----------log10- =
2 К • моль 23 ккаЛ 1
= - 1,09 В - 0,03 В,
АЕ = - 1,12 В.
Если условия стандартные, то АЕ = А?0 и
AG = - nF АЕ = - 2 х 23 ккалДВ• моль) х (- 1,09 В),
AG = 50,1 ккал/моль (или 25 ккал/моль на каждый электрон).
В нестандартных условиях:
AG = - 2 х 23ккалДВ• моль) х (- 1,12 В),
AG = 51,5 ккал/моль (или 26 ккал/моль на каждый электрон).
Эти расчеты ясно показывают, что восстановление NADP+ с участием Fe2 +
крайне затруднено.
В. В отсутствие мембранного потенциала изменение свободной энергии за
счет потока протонов внутрь клетки можно выразить так:
AG = 2,3 RT log10 IH-p."gP -
[Н+]
внешн
3
1,98 х 10 ккал 10 6,5
= 2>3 х ---х ЗЮ К log10--^0
К х моль 10
1,98 х 10"3 ккал К х моль AG = - 6,4 ккал/моль.
" 1,70 Л IV AftdJl . г
= 2'3 х -----х 310 К 1о8ю ИГ4-5,
Если AG для синтеза АТР составляет 11 ккал/моль, то нужно по крайней
мере два моля протонов (2 х - 6,4 ккал/моль = = -12,8 ккал/моль), чтобы
этот синтез мог осуществляться. Таким образом, для синтеза каждой
молекулы АТР в клетку должно переноситься два протона.
Энергия переноса должна тратиться на синтез АТР, но
термодинамические расчеты не позволяют выяснить действительный механизм
такого сопряжения. Протоны могли бы входить в клетку по одному или вместе
в зависимости от механизма. Если они входят по одному, то энергия от
первого протона должна быть сохранена, чтобы к ней добавилась энергия от
следующего протона. Если АТР-синтетаза у Т. ferrooxidans работает как и в
других клетках (т. е. без образования промежуточных макроэр-гических
продуктов), то оба протона должны войти в клетку одновременно.
Г. Если в стандартных условиях для восстановления NADP+ требуется энергия
50,1 ккал/моль, то в клетку должно войти не менее 8 молей протонов (8 х -
6,4 ккал/моль = - 51,2 ккал/моль), чтобы электроны от Fe2+ были
