Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

W_T предназначены для учета различной предрасположенности разных органов и тканей человека к возникновению в них стохастических эффектов излучения. Представляют собой относительный вклад различных органов или тканей в общий риск (вероятность) возникновения стохастических эффектов во всем организме при равномерном облучении тела. Для разных органов и тканей приняты следующие значения W_T: гонады — 0,20; красный костный мозг — 0,12; толстый кишечник — 0,12; легкие — 0,12; желудок — 0,12; мочевой пузырь — 0,05; грудная железа — 0,05; печень — 0,05; пищевод — 0,05; щитовидная железа — 0,05; кожа — 0,01; клетки костных поверхностей — 0,01; остальное (надпочечники, головной мозг, экстраторокальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечная ткань, поджелудочная железа, селезенка, вилочковая железа, матка) — 0,05. Единицы эффективной дозы совпадают с единицами эквивалентной дозы (в системе СИ — зиверт, внесистемная единица — бэр). Введение понятия эффективной дозы обусловлено необходимостью проведения оценки и сравнения риска возникновения отдаленных неблагоприятных последствий при равномерном и разных случаях неравномерного облучения организма человека. При равномерном облучении организма человека эффективная доза равна эквивалентной дозе, т.к. в этом случае эквивалентная доза H_T в каждой ткани и органе одинакова, а . Использовать понятие эффективной дозы можно: 1)только в отношении человека, 2)только в отношении отдаленных неблагоприятных эффектов. А значит, только в отношении низких доз хронического или кратковременного облучения!!!

При радиационном контроле (оценке радиационной опасности) используйте понятия эффективной и эквивалентной дозы! При биологических экспериментах используйте понятие поглощенной дозы (в отношении облучаемого экспериментального биологического объекта)!

Мощность дозы — отношение приращения дозы ионизирующего излучения (экспозиционной dX, поглощенной dD, эквивалентной dH, эффективной dE) за интервал времени dt к этому интервалу времени. Соответственно: мощность экспозиционной дозы = dX/dt, мощность поглощенной дозы = dD/dt, мощность эквивалентной дозы = dH/dt, мощность эффективной дозы = dE/dt.

Билет 18

Электронно-конформационные взаимодействия и релаксационные процессы в

биоструктурах.

Рассмотрим на примере ферментативного катализа.

Конформационные изменения в белковой глобуле носят релаксационный характер и характеризуются целым набором различных времен. Происходят они много медленнее, чем чисто электронные.

Конформационно-релаксационные происходят последовательно и каскадно в результате изменения электронного состояния молекулы. Появление продукта - это закономерное электронно-комформационное взаимодействие фермент-субстрат. Предположительно, изменение конформации ES комплекса следует за изменением электронного состояния субстрата в активном центре фермента носят релаксационный характер и включают последовательные превращения молекул субстрата в продукты.

Элементарный акт ферментативной реакции заключается в конформационном изменении ES комплекса а скорость превращения S-P определяется скоростью этого конформационного изменения.

Последовательность событий:

1. КОНФОРМАЦИОННО-НЕРАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО КОМПЛЕКСА. За время колебательной релаксации (10^-12 - 10^-13с) происходит изменение электронного состояния и локальное изменение геометрии активного центра S. Затрагивается только выделенные химические группы активного центра.

2. МЕДЛЕННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ к новому равновесию и превращение комплекса в продукт: S+E=>SE*=>E(с волнистой четой)P, где E*-неравновесное, а Е(с чертой)-это новое равновесное комформационное состояние белковой глобулы. Химическое изменение субстрата (перегруппировка атомов и разрыв химических связей) реализуется здесь как часть конформационного изменения макромолекулярного комплекса.

3. РАСПАД КОМПЛЕКСА: E(с чертой)P=>E(с чертой)+P. Сопровождается быстрыми локальными изменениями в активном центре и сольватированными изменениями продуктов, переходящих в объем. Фермент остается в неравновесном и напряженном состоянии.

4. МЕДЛЕННАЯ КОНФОРМАЦИОННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ свободной молекулы фермента к исходному равновесному состоянию: E(с волнистой чертой)=>E

Вывод: конформационное изменение происходит в условиях существенной конформационной неравновесности. Координата реакции совпадает с координатой конформационной релаксации, которая протекает по определенным степеням и носит направленный характер: E=>E*=>E(с чертой)=>E.

Именно наличие выделенных механических степеней свободы позволяет рассматривать смещения, происходящих в разных областях макромолекулы, в один акт. Направленность изменений обеспечивается за счет того, что энергия на медленно релаксирующих степенях свободы не диссипирует в теплоту, а переходит на обычные степени свободы.

С этой точки зрения (отличной от теории активированного комплекса) не имеет смысл рассматривать энергию и энтропию, а температура влияет не на преодоление энергетического барьера, а на конформации макромолекуры.

Роль миграции энергии, туннельного механизма переноса электрона и электронно-

конформационных взаимодействий в процессах фотосинтеза.

Роль электронно-конформационных взаимодействий в разделении зарядов в реакционном центре

Электронные переходы должны быть сопряжены с внутримолекулярной подвижностью белка РЦ, которая обеспечивает:

1. Процессы электронно-колебательной релаксации по акцептирующей моде и фиксации электрона в акте туннельного переноса

2. Индуцированные вследствие изменения зарядового состояния акцептора последующие конформационные перестройки в макромолекулярном комплексе:

Роль контактных состояний.

Для реализации контактного состояния необходима определенная конформационная свобода или набор внутримолекулярных степеней свободы молекулы цитохрома. Речь идет о структурном туннелировании между донорно-акцепторными группами, где белковая цепь, видимо, выступает как медиатор электронного переноса.

(Для бактериохлорофилла, в учебнике только такой пример)

В последнее время существование специфической электронной тропы с участием аминокислотных остатков было показано для цитохрома Сн между донорной группой гема и поверхностью глобулы. В белке РЦ такая менее специфическая тропа идет от поверхности глобулы к фотоактивному димеру Р. В контактной позиции существует перекрытие волновых функций групп И и А (электронных облаков так понимаю), и поэтому расстояние между ними составляет около 0,1 нм. В неконтактной позиции расстояние между группами И и А увеличивается до 0,3-0,5. Поскольку на расстояниях 0,3 - 0,5 нм перекрытие волновых функций практически равно нулю, между группами возникает барьер, а это сразу же снижает скорость туннелирования в неконтактной позиции в 10^6 раз, т. е. делает практически невозможным перенос электрона.

По расчетам, в условиях обезвоживания расстояние между Сн и Р должно было бы возрасти до 20 A, что явно нереально. Очевидно, при изменении состояния воды изменяется структура всего комплекса вследствие модификации взаимного расположения донорно-акцепторных пар в белковой матрице. Это обстоятельство влияет на образование контактного состояния между ними, в пределах которого возможен межбелковый перенос электрона от цитохрома к бактериохлорофиллу. Роль воды в этом процессе перестройки мембран велика, поскольку нативная конформация комплекса цитохрома с РЦ зависит от гидрофобных взаимодействий. Характер и направленность структурных перестроек в мембранах определяется соотношением фактов упорядоченности водного окружения (энтропийный фактор) и образованием водородных связей между молекулами воды и гидрофобных связей между молекулярными группами (энтальпийный фактор).

Поведение молекулярных групп в области контакта между макромолекулами высокопотенциального цитохрома (донор) и реакционного центра (акцептор) в фотосинтетических мембранах пурпурных бактерий при понижении степени гидратации и температуры.

А - контактная позиция;

Б, В - неконтактные позиции

Т е баланс сил, обусловливающий стабилизацию контактного состояния, определяется полярным взаимодействием контактирующих групп и гидрофобными силами, которые зависят от наличия молекул воды в системе. В присутствии воды при низких температурах неконтактная позиция (В) сохраняется вследствие слабой подвижности структурных групп и молекул воды в области контакта. Однако при повышении температуры подвижность отдельных молекулярных групп и, главное, молекул воды растет. Следовательно, возрастает и энтропия системы. Именно это обстоятельство делает энергетически более выгодной и устойчивой при комнатной температуре позицию А, несмотря на то, что энтальпия в этом состоянии увеличивается. В пределах позиции А происходит формирование собственно контактного состояния между подвижными группами 1 и 2. Снижение энтропии, сопровождающее образование комплекса, не может существенно уменьшить общую величину энтропии конформационно «расторможенной» позиции А. Таким образом, роль воды здесь заключается в одновременном обеспечении конформационной подвижности и «энтропийной» устойчивости контактного состояния. Аналогичную роль может играть вода и в акте первичного разделения зарядов. Как оказалось, удаление воды ингибирует процесс разделения зарядов в РЦ пурпурных фотосинтезирующих бактерий, нарушая образование контактных состояний, либо препятствует стабилизации электрона на бактериофеофитине за счет изменения характера водородных связей. Надеюсь, все это не очень путано.

Механизмы окисления цитохрома в реакционном центре.

Поглощение кванта света в РЦ вызывает появление окисленного димера Р+ , который затем восстанавливается от донора (вторичного), роль которого в бактериальном фотосинтезе выполняют высоко- Сн и низкопотенциальные С_L цитохромы.

Перенос электрона от цитохрома на Р+ явился важным источником информации о механизмах элементарных процессов в биологических структурах. Это дало толчок новому направлению в биофизике фотосинтеза - исследованию транспорта электронов в биологических мембранах в условиях, исключающих обычную диффузию молекул переносчиков.

Окисление цитохромов в фотосинтетических мембранах не требует обычных активационных механизмов, подобных окислительно- восстановительным реакциям в растворах, а протекает по другим законам. Основополагающая концепция базируется на физическом явлении туннельного переноса электрона, который может происходить между молекулами донора Д и акцептора А в условиях, когда энергия электрона меньше высоты разделяющего их активационного барьера.

Основные положения теории туннельного переноса:

Согласно квантово-механическим представлениям существует определенная вероятность перекрывания электронных волновых функций начального и конечного состоянии, зависящая от высоты и ширины барьера. За время пребывания электрона на молекуле акцептора происходит потеря части электронной энергии и, как следствие, нарушение резонансного совпадения положения уровней А и Б. В результате этого обратное туннелирование практически невозможно, и перенос электрона становится необратимым. Диссипация электронной энергии за счет электроколебательных взаимодействий происходит за 10^-12 -10^-13 с с возбуждением колебательных акцептирующих мод в донорно-акцепторном комплексе в состоянии Б А*.

Таким образом, условием необратимости в конечном состоянии туннельного переноса является соотношение между временем электронного перехода т_эл, зависящим от перекрывания волновых функций начального и конечного состояний, и временем колебательной релаксации т _рел в конечном состоянии: т_эл больше т_рел (золотое правило Ферми).

Типичные двухфазные температурные кривые окисления С_L цитохрома, диаграмма потенциальных поверхностей электронной энергии Ui и Uf начального i и конечного f состояний донорно-акцепторной пары Д -А и экспериментальные данные о влиянии замещения H2O на D2O:

Температурная зависимость скорости окисления цитохрома в фотосинтезирующих бактериях (а); электронно-колебательные взаимодействия при туннелировании электрона (б); (в) —изотопный эффект замещения Н2О на Д2О; Е_о —энергия активации, Е_r—энергия реорганизации среды, дельта Е — тепловой эффект реакции переноса электрона, дельта R_о — смещение положения равновесия ядер при переходе из начального i в конечное состояние f. Штриховая кривая соответствует безактивационному переносу электрона Е_а

Туннелирование электрона происходит, когда энергии состояний i и f становятся равными, что имеет место в точке R* ядерной координаты, где кривые Ui(R) и Uf(R) пересекаются: (Д*А)i->(Д*А)f

В состоянии (ДА*)f система оказывается на одном из высших колебательных подуровней, с которого происходит сброс избытка энергии с переводом на нижние колебательные подуровни и возбуждение акцептирующих мод. Приближение вдоль ядерной координаты к точке R* происходит при увеличении температуры и заселения высоких колебательных подуровней исходного состояния. При этом ширина активационного барьера перехода, как видно из риc б уменьшается, следовательно, скорость туннелирования растет с ростом температуры. При низких температурах в состоянии i заселены только нижние колебательные подуровни, и точка R* может быть достигнута только за счет туннелирования самих ядер (ядра — достаточно легкие частицы). Здесь, однако, ширина и высота барьера наибольшие, и поэтому скорость туннелирования минимальная, но от температуры уже не зависит. Таким образом, двухфазный характер температурной зависимости окисления цитохрома объясняется влиянием температуры на процесс перестройки ядерной конфигурации, который характеризуется величиной смещения дельта R = R_of - R_oi исходной равновесной ядерной конфигурации R_of к новому равновесному значению R_oi при переносе электрона. Разработанная количественная теория туннельного переноса в белковой среде дает выражения для константы скорости туннелирования в случае сильной и слабой электронно-колебательной связи, которые позволяют найти параметры процесса переноса электрона. Эти частоты характеризуются значениями ~ 300 - 400 с^-1 . В качестве акцептирующей моды могут выступать колебания молекул воды в гидратных оболочках порфириновых молекул, в других случаях - также колебания атомов водорода в химических группах C—H, O—H, N—H.

Билет 19

Механизмы ферментативного катализа. Электронно-конформационные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе.

Механизмы ферментативного катализа.

Рассмотрим энергетический профиль обычной реакции, проходящей в растворе по механизму столкновений А+В=Р

Образование продукта Р происходит,если энергия сталкивающихся молекул исходных веществ А и В превышает величину энергетического барьера. Если уменьшить величину Еакт то реакция пойдет быстрее.

Характеристики

Список файлов вопросов/заданий