Лекции Рубина (1123233), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Тогда свойтемпературную170Функциональнаяспинфотоиндуциро-переносанаQвэлектрона(кривыеот1);эффективный параметр вре-РЦ, что и наблюдается в эксперимени корреляции вращательнойментах. На рис.диффузии гидрофобного спинопературные17.3показаны темзависимостипрямогопереноса электрона между первичнымивторичнымхинонами,вого зонда(2)и спиновой меткина SН-группы(3)а161также характерного времениподвижности спиновой метки, присоеди-r'ненной к белку РЦ. Видно, что при повышении температуры образцов от140 -180°Кпроисходитрезкоеуменьшение-r',чтоговорито"размораживании" внутримолекулярных движений в белке РЦ.
Как раз втом же температурном диапазоне увеличивается и функциональная активность РЦ, приводящая к переносу электрона на вторичный хинон.Аналогичная корреляция наблюдается и в опытах, где измеряется вероятность поглощения у- кванта без отдачи (см. рис.9 .5).Растормаживание белковой макромолекулы сопровождается ее внутримолекулярнымидвижениями по конформационным подсостояниям (см.
рис.10.1)с амплитудами ~ О,3Е. При обезвоживании РЦ одновременно падает эффективностьпереносаэлектронаизамедляетсявнутримолекулярнаяподвижность белка. Роль образования контактных состояний в системехинонныхакцепторовможноупрощенноиллюстрироватьследующимобразом. Первичный хинон, получив в РЦ электрон, изменяет характерсвоего движения и переходит на другую конформационную координату,соответствующую его восстановленному состоянию (см. рис.11.8).Здесьон, достигнув определенного контактного состояния со вторичнымхиноном, отдает ему электрон.
При низких температурах подвижностьпервичного хинона падает, а следовательно, уменьшается и эффективность переноса электрона от него на вторичный хинон. Если, однако,образец медленно охлаждать в условиях постоянного интенсивного освещения, когда в результате действия света и отрыва электрона от Р молекулыпервичногохинонавосновномнаходятсяввосстановленномсостоянии, то картина существенно изменяется.
В этих условиях, какпоказали опыты, восстановленный на свету первичный хинон уже исходно успевает перейти в контактное состояние, в котором перенос электронаотнегонавторичныйхинонпотуннельномумеханизмупроисходит быстро и при низких температурах. Поэтому в таких образцах, охлажденных до низких температур на непрерывном свету, эффективностьпереносаэлектронаоттемпературызависит. Очевидно, туннелированиепрактическиуженепроисходит здесь эффективно снизких колебательных уровней и с быстрой диссипацией части энергиипо акцептирующей моде при низких температурах.
Таким образом, можно ожидать, что в исходно "приготовленных" контактных состоянияхмежду переносчиками температурная зависимость собственно переносаэлектрона может быть слабо выражена. Действительно, первичный актвосстановления БФФ в РЦ центрах пурпурных бактерий, происходящий за«10 пс (Р*~Ф---+ Р+БФФ-), от температуры практически не зависит до 196°. В другом важном случае изучалась температурная зависимость'tокисления цитохрома С, участвующего в циклическом потоке в РЦ пурпурных бактерий(17.3).В отличие от "нециклического" цитохромаскорость окисления Сн (СнР+CL---+ Сн+Р) практически от температуры независит. Однако при температурах ниже некоторой критической происходит уменьшение числа молекул цитохрома С, подвергающихся фотоокислению, вследствие падения количества контактных состояний (СнР).162У оставшихся активными молекул Сн константа скорости окисленияостается практически неизменной.
Распад контактных состояний (СнР)происходит не только с понижением температуры, но и при дегидратации белка РЦ. Роль воды и температуры проявляется как в обеспеченииподвижности, так и стабилизации образованных контактов между донорно-акцепторными группами.В последнее время получены интересные результаты о молекулярных механизмах фотопревращений зрительного пигмента родопсина иродственного ему бактериородопсина (Бр ), обнаруженного в пурпурноймембране галофильных бактерий.
Каждая молекула Бр содержит одинхромофор-ретиналь (полиеновый альдегид) в комплексе с белком-ОПСИНОМретиналь -С= №- опсин11ннЭнергия света, поглощенная ретиналем, используется для активного переноса протона через мембрану, создания электрохимического градиентаводорода исинтезаАТФ.энергии света протекает за время<Начальный10этаптрансформациипс. Он включает транс-, цисизомеризацию ретиналя, сдвиг протона Шиффова основания и структурно-поляризационные изменения ближайшего белкового окружения ретиналя (рис.онных17.4).Это дает начало каскаду последовательных конформациперестроеквмакромолекулярномкомплексеретиналь-опсин,приводящих в итоге к транслокации протона через мембрану, возможно,по сетке водородных связей.
В случае родопсина хромофором такжеслужит ретиналь, соединенный с опсином Шиффовым основанием. Всн5снсн~87~910~1112н~1413~ ~опсин15N1нсннн~-NG}нРис.17.4."-.__опсинСхема первичного акта фотоцикла бактериородопсина163ИСХОДНОМ СОСТОЯНИИ ретиналь находится в11 -ЦИССОСТОЯНИИ. Начальный акт фотопревращений родопсина включает цисциюретиналя,сопряженнуюсосмещением-,трансизомеризапротонаШиффоваоснования. В обоих случаях начальная стадия фотоизомеризации ретиналя в комплексе с опсином происходит намного скорее (за пикосекунды), чем у свободного ретиналя в растворе (несколько наносекунд). Вэтом состоит роль специфического белкового окружения ретиналя, которое не только обеспечивает его быструю изомеризацию, но и создаетусловия для стабилизации образованных промежуточных конформационных состояний в их последующих направленных изменениях.
Конечным результатом фотопревращений родопсина является возникновениезрительного электрического сигнала в рецепторной мембране сетчаткиглаза. В процессе формирования рецепторного ответа зрительной клеткипринимают активное участие ферментативные системы. Мы видим, чтопервичные стадии трансформации энергии света в фотоэнергетических ифотоинформационных процессах протекают с участием белкового окружения хромофора. Они осуществляются согласно принципу фотоиндуцированныхэлектронно-конформационныхвзаимодействий,которыеносят направленный характер, соответствующий специфическим структурным особенностям фоточувствительного хромопротеида.164Лекция18.ТРАНСФОРМАЦИЯЭНЕРГИИ В БИОМЕМБРАНАХОдна из важнейших функций биологических мембран состоит вобеспечении трансформации энергии, сопряженной с преобразованиемее из одного вида в другой.
Это, собственно, и составляет основу биоэнергетических процессов в клетке. Как известно, энергия, необходимаядля различных видов жизнедеятельности клетки,утилизируетсяввидеэнергии химических связей молекулы АТФ, синтез которой в живойприроде осуществляется главным образом в биологических мембранахмитохондрий и хлоропластов (хроматофоров). Во всех этих системахдвижущей силой является электронный поток, который генерируется вмитохондриях за счет окисления субстрата и в хлоропластах - за счетэнергии света.
Здесь перенос электрона сопряжен с транслокацией протонов и синтезом АТФ в АТФ-синтезе.Возможны различные механизмы переноса протона через мембранупри транспорте электрона по цепи переносчиков, которые асимметрично расположены в мембране. Возможно образование в белковой частипереносчикапротонногоканала,проводимостькоторогозависитотокислительно-восстановительного состояния самого переносчика. Такимобразом,переносчикэлектроноводновременновыполняетфункциипротонного насоса. Перенос протона может происходить и в результатеработы подвижных переносчиков, которые диффундируют через мембрану от одной ее стороны на другую.
Они восстанавливаются в ЭТЦ наодной стороне мембраны и одновременно с электроном присоединяютпротон, затем, диффундируя на другую сторону мембраны, окисляются ивыбрасывают протон в примембранную область. Именно так осуществляются эти функции в мембранах тилакоида в хлоропластах, где такимобразом он передает электроны и протоны с наружной (отрицательной)к внутренней (положительной) поверхности. Отметим, что в митохондриях полярность мембраны обратна полярности тилакоида (плюс нанаружной, минус на внутренней стороне).
В тилакоиде протоны потребляются из наружной фазы и переносятся во внутреннюю, которая такимобразом подкисляется при работе ЭТЦ. Это приводит к появлениютрансмембранного градиента концентрации протонов (ЛрН) между наружной и внутренней фазами тилакоида. Одновременно создается итрансмембранная разность электрических потенциалов (Лер) за счет увеличения положительного заряда внутри тилакоида при накоплении тамположительно заряженных протонов.
Свой вклад в разность электрических потенциалов на мембране вносит и собственно фотохимическийперенос электрона на наружную сторону при работе фотосистем ФСФС11.1иОбразующееся таким образом электрическое поле (Лер) влияет в165свою очередь на перенос других проникающих через мембрану ионов,которые в свою очередь изменяют Л<р и влияют на перенос протонов.
Врезультате наблюдается сложная картина взаимного влияния двух составляющих ЛрН и Л<р трансмембранного электрохимического потенциала.Встационарныхусловияхвеличинаэлектрохимическогоградиента на мембране будет зависеть от соотношения скоростей трансмембранного переноса электрогенных ионов, транслокации протонов ипотока электронов по ЭТЦ.Хемиосмотический принцип сопряжения Митчелла предполагает,что перенос электронов связан с синтезом АТФ именно через образование этой трансмембранной разности электрохимических потенциаловионов водородаЛµ н+ = FЛ<р+ 2.ЗRТЛрН,где F-число Фарадея.Энергия Л µ н+ используется для синтеза АТФ в специальном ферменте-мембранной АТФ-синтетазе. Надо ясно понимать, что сама посебе величина электрохимического потенциала характеризует термодинамическую движушую силу синтеза АТФ, но ничего не говорит о молекулярных механизмах этого процесса.АТФазный комплекс включает растворимую АТФазу (факторпроисходит синтез АТФ, и мембранную часть (факторFo),F 1),гдегде формируется протонный канал.
По этому каналу протоны поступают в гидрофобную область к активному центру, а затем оттуда в воду по другуюсторону мембраны. Конкретный механизм переноса протонов до концанеясен, но, вероятно, он представляет собой эстафетную передачу протона по донорно-акцепторным группам аминокислот (арг, тир, глу).ФакторF1является полуфункциональным белком, включает несколькосубъединиц и обладает сложной четвертичной структурой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
