Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій
Виконано аналіз взаємодії фотостимульованих структурних змін у процесі електронного транспорту в пурпурових бактеріях Rhodobacter sphaeroides. Використовуючи методи динамічної спектроскопії видимого світла, досліджувалася кінетика поглинання водних розчинів реакційних центрів за різних режимів фо...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75930 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій / Т.В. Серденко, Ю.М. Барабаш, П.П. Нокс, Н.Х. Сейфулліна, М.А. Заболотний // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 711-727. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859898972223569920 |
|---|---|
| author | Серденко, Т.В. Барабаш, Ю.М. Нокс, П.П. Сейфулліна, Н.Х. Заболотний, М.А. |
| author_facet | Серденко, Т.В. Барабаш, Ю.М. Нокс, П.П. Сейфулліна, Н.Х. Заболотний, М.А. |
| citation_txt | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій / Т.В. Серденко, Ю.М. Барабаш, П.П. Нокс, Н.Х. Сейфулліна, М.А. Заболотний // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 711-727. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Виконано аналіз взаємодії фотостимульованих структурних змін у процесі електронного транспорту в пурпурових бактеріях Rhodobacter
sphaeroides. Використовуючи методи динамічної спектроскопії видимого
світла, досліджувалася кінетика поглинання водних розчинів реакційних
центрів за різних режимів фотозбудження. Запропоновано систему з
трьох балансних рівнянь з рівнянням стану. Розв’язуючи обернену задачу, одержано значення мікрошвидкостей кінетичних рівнянь, що характеризують дворівневу систему у вигляді чотирьох електронконформаційних станів. Одержано залежності мікрошвидкостей для різних часів та інтенсивностей збуджувального світла. Зроблено припущення, що в процесі окиснення беруть участь два механізми структурних
змін. Завдяки одному з них, швидкість повернення електрона збільшується, завдяки іншому — зменшується. У процесі віднови визначальним є
другий механізм. Встановлено, що в процесі освітлення реакційних
центрів структурні зміни відбуваються, а після вимкнення світла — ні.
Photoinduced structural changes in the process of electron transport in the
purple bacteria of Rhodobacter sfaeroides are analysed. Using the methods of
dynamic spectroscopy of visible light, the kinetics of absorption of aqueous
solutions of reaction centres in different modes of photoexcitation is studied.
The set of three balance equations with state equation is suggested. Values of
microrates in kinetic equations are obtained. Two-level system can be described
as the system with four electron-conformational states. Dependences
of microrates for different times and intensities of the exciting light are ob-
tained. As suggested, the oxidation process involves two mechanisms of
structural change. Due to one of the processes, returning electron velocity
increases; due to another one, it decreases. The recovery process is determined
by the second mechanism. As found, the structural changes occur
when reaction centres are lighted on, and these changes do not take place,
when the light is turned off.
Выполнен анализ взаимодействия фотостимулированных структурных
изменений в процессе электронного транспорта в пурпурных бактериях
Rhodobacter sphaeroides. Используя методы динамической спектроскопии видимого света, исследовалась кинетика поглощения водных растворов реакционных центров при различных режимах фотовозбуждения.
Предложена система из трёх балансных уравнений с уравнением состояния. Решая обратную задачу, получены значения микроскоростей кинетических уравнений, которые характеризуют двухуровневую систему в
виде четырёх электрон-конформационных состояний. Получены зависимости микроскоростей для различных времён и интенсивностей возбуждающего света. Сделано предположение, что в процессе окисления действуют два механизма структурных изменений. Согласно одному скорость возврата электрона увеличивается, согласно другому — уменьшается. В процессе восстановления определяющим является второй механизм.
Установлено, что в процессе освещения реакционных центров структурные изменения происходят, а после выключения света — нет.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:56:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
711
PACS numbers: 82.20.-w, 82.39.Jn, 82.50.Hp, 87.14.ep, 87.15.hp, 87.15.ht, 87.15.M-
Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії
у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій
Т. В. Серденко, Ю. М. Барабаш, П. П. Нокс*, Н. Х. Сейфулліна*,
М. А. Заболотний**
Інститут фізики НАН України,
просп. Науки, 46,
03028 Київ, Україна
*Московський державний університет імені М. В. Ломоносова,
Ленінські гори, 1,
119991 Москва, Росія
**Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
просп. Акад. Глушкова, 2,
03022 Київ, Україна
Виконано аналіз взаємодії фотостимульованих структурних змін у проце-
сі електронного транспорту в пурпурових бактеріях Rhodobacter
sphaeroides. Використовуючи методи динамічної спектроскопії видимого
світла, досліджувалася кінетика поглинання водних розчинів реакційних
центрів за різних режимів фотозбудження. Запропоновано систему з
трьох балансних рівнянь з рівнянням стану. Розв’язуючи обернену зада-
чу, одержано значення мікрошвидкостей кінетичних рівнянь, що харак-
теризують дворівневу систему у вигляді чотирьох електрон-
конформаційних станів. Одержано залежності мікрошвидкостей для різ-
них часів та інтенсивностей збуджувального світла. Зроблено припущен-
ня, що в процесі окиснення беруть участь два механізми структурних
змін. Завдяки одному з них, швидкість повернення електрона збільшу-
ється, завдяки іншому — зменшується. У процесі віднови визначальним є
другий механізм. Встановлено, що в процесі освітлення реакційних
центрів структурні зміни відбуваються, а після вимкнення світла — ні.
Photoinduced structural changes in the process of electron transport in the
purple bacteria of Rhodobacter sfaeroides are analysed. Using the methods of
dynamic spectroscopy of visible light, the kinetics of absorption of aqueous
solutions of reaction centres in different modes of photoexcitation is studied.
The set of three balance equations with state equation is suggested. Values of
microrates in kinetic equations are obtained. Two-level system can be de-
scribed as the system with four electron-conformational states. Dependences
of microrates for different times and intensities of the exciting light are ob-
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2013, т. 11, № 4, сс. 711–727
2013 ІМÔ (Інститут металофізики
ім. Ã. В. Êурдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Ôотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
712 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
tained. As suggested, the oxidation process involves two mechanisms of
structural change. Due to one of the processes, returning electron velocity
increases; due to another one, it decreases. The recovery process is deter-
mined by the second mechanism. As found, the structural changes occur
when reaction centres are lighted on, and these changes do not take place,
when the light is turned off.
Выполнен анализ взаимодействия фотостимулированных структурных
изменений в процессе электронного транспорта в пурпурных бактериях
Rhodobacter sphaeroides. Используя методы динамической спектроско-
пии видимого света, исследовалась кинетика поглощения водных раство-
ров реакционных центров при различных режимах фотовозбуждения.
Предложена система из трёх балансных уравнений с уравнением состоя-
ния. Решая обратную задачу, получены значения микроскоростей кине-
тических уравнений, которые характеризуют двухуровневую систему в
виде четырёх электрон-конформационных состояний. Получены зависи-
мости микроскоростей для различных времён и интенсивностей возбуж-
дающего света. Сделано предположение, что в процессе окисления дей-
ствуют два механизма структурных изменений. Согласно одному ско-
рость возврата электрона увеличивается, согласно другому — уменьшает-
ся. В процессе восстановления определяющим является второй механизм.
Установлено, что в процессе освещения реакционных центров структур-
ные изменения происходят, а после выключения света — нет.
Ключові слова: реакційний центр, пурпурові бактерії, фотостимульова-
ний електронний транспорт, дворівнева кінетична модель, електрон-
конформаційні стани біологічних макромолекул.
(Отримано 2 грудня 2013 р.)
1. ВСТУП
Мембранні білково-піґментні комплекси фотосинтетичних реак-
ційних центрів (РЦ) є унікальними природними макромолекуляр-
ними системами для вивчення фізичних механізмів транспорту
електронів та протонів у біологічних структурах, для вивчення ролі
молекулярної динаміки у високоефективних процесах перенесення
зарядів та їх реґуляції. Вивчення функціональних даних макромо-
лекулярних систем дозволяє одержати цінну інформацію для ана-
лізу внутрішньобілкового перенесення зарядів між інтеґрованими в
структуру білка кофакторами. На фотосинтетичних РЦ бактеріа-
льного типу було вперше показано можливість ефективної конфор-
маційної реґуляції спрямованого перенесення електронів у первин-
них процесах фотосинтезу, роль молекулярної динаміки в цій реґу-
ляції [1–3].
Послідовність і часи перенесення електрона в структурі РЦ пур-
пурових бактерій Rhodobacter sphaeroides після одноразового збу-
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 713
дження РЦ коротким спалахом світла показано на рис. 1.
Основна задача РЦ — переносити фотозбуджені електрони на
інший бік мембрани, і, тим самим, створювати той електричний по-
тенціал, на якому працює фотосинтез. До складу РЦ входять насту-
пні кофактори: чотири бактеріохлорофіли (P, B), два бактеріофео-
фітини (H), два хінони (QA і QB) і один високоспіновий атом заліза
(Fe2+). Ôотосинтетичний РЦ має три мембранні субодиниці: L, M та
Н, молекулярні маси яких складають 19, 22 та 28103
— легка, се-
редня і важка відповідно. Субодиниці L і M дуже подібні. Усі тран-
смембранні частини — -спіралі.
Спочатку квант світла вибиває електрон з димеру бактеріохло-
рофілу (P), що є донором електронів. Цей електрон менш ніж за
10
12
с переходить на феофітин, долаючи при цьому відстань 3 Å.
На кожному з кофакторів ланцюга переносу електрона його стабілі-
зація викликана структурно-динамічною організацією молекуляр-
ного комплексу РЦ. Досі точно невідомо щодо ролі мономеру бакте-
ріохлорофілу. Є два альтернативних механізми: 1) послідовний ме-
ханізм використання ВА як реального проміжного акцептора і
2) так званий суперзмінений механізм, коли ВА забезпечує лише ві-
ртуальний стан для електронного транспорту. Проте електрон на
ньому не локалізується і переходить з димеру бактеріохлорофілу
Рис. 1. Енергетична схема фоторозділення і переносу заряду в РЦ виду Rb.
Sphaeroides. Êонстанти характерних часів перебування електрона на ко-
факторах дано за кімнатної температури.
714 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
прямо на молекулу бактеріофеофітину, що відіграє роль проміжно-
го акцептора [4]. Потім, за 10
10
с, з феофітину НA електрон пере-
ходить на хінон QA, при цьому швидкість цього переходу не зале-
жить від температури. Далі відбувається перехід електрона за 10
4
с на хінон QB — вторинний акцептор [5]. При цьому електрон долає
загальну відстань 40 Å. У випадку ізольованих із фотосинтетич-
них мембран РЦ за відсутності екзогенних донорів електрона, елек-
трон від фотовідновлених акцепторів повертається після виклю-
чення збуджувального світла назад до окисненого бактеріохлорофі-
лу.
На даному етапі накопичений експериментальний матеріал пе-
реконує в принциповій необхідності адекватного фізичного опису
процесів транспорту електрона у фотосинтетичних РЦ, врахування
конформаційних флуктуацій макромолекулярної системи, можли-
вості її еволюції за конформаційними мікростанами, ймовірності
структурних перебудов білка на окремих етапах електронного тра-
нспорту [3, 6, 7]. Êонформаційна динаміка грає ключову роль і в
ефективній часовій стабілізації електрона в хінонному акцептор-
ному ланцюгу фотосинтетичних РЦ пурпурових бактерій [8–10].
Важливе функціональне значення ефективної роботи цієї ділянки
електрон-транспортного ланцюга визначається перш за все тим, що
саме він сполучає дуже швидкі початкові стадії індукованого світ-
лом розділення зарядів з суттєво більш повільними, контрольова-
ними дифузією, реакціями перенесення відновлювальних еквіва-
лентів у фотосинтетичну мембрану. У кінцевому результаті дві мо-
лекули хінонної природи, — QA та QB, — інтеґровані в структуру РЦ
пурпурних бактерій, активно залучаються в спряжені електрон-
протон транспортні процеси, які призводять до формування про-
тонного ґрадієнту через фотосинтетичну мембрану, необхідного для
синтезу АТÔ. На основі конкретних експериментальних даних бу-
ло побудовано одну з перших моделей конформаційних переходів у
фотосинтетичних РЦ, яка контролює спрямованість та швидкість
електронного транспорту в акцепторній частині РЦ [11]. Детальний
аналіз немоноекспоненційної кінетики темнової рекомбінації оки-
сненого світлом фотоактивного бактеріохлорофілу та відновлених
хінонних акцепторів, залежності характерного часу процесу від
режимів світлової активації, температури зразків дозволяє пред-
ставити РЦ пурпурних бактерій як систему, здатну до самооргані-
зації, де багаторазове повторення елементарних електрон-транс-
портних актів призводить до появи нових конфірмаційних підста-
нів, які сприяють ефективній стабілізації фотоелектрона в акцеп-
торній частині РЦ, що перешкоджає функціонально невигідній ре-
комбінації фотопродуктів [12, 13].
На даний момент стає очевидним, що в ході трансмембранного
транспорту електрона від фотоактивного піґменту до кінцевого хі-
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 715
нонного акцептора у структурі РЦ процеси, які супроводжуються
стабілізацією електрона на хінонній акцепторній ділянці, носять
ґенералізований характер. Очевидно, з ґенералізованістю структу-
рно-динамічних змін у РЦ пов’язаний і розвиток довгоживучих
станів з розділеними між Р та хінонними акцепторами зарядами,
оскільки до цього часу не вдається однозначно локалізувати зміни в
структурі РЦ, які обумовлюють проґресивне сповільнення часу
оберненого темнового відновлення Р, який окиснюється тривалим
постійним світлом [14, 15]. Подальший детальний кінетичний ана-
ліз немоноекспоненційності кінетик взаємодії фотоактивного бак-
теріохлорофілу з хінонним акцептором в умовах тривалої активації
зразків РЦ світлом різної інтенсивності може надати додаткову ін-
формацію про структурно-динамічні зміни в РЦ, пов’язані з транс-
портом електрона між димером Р та хінонними акцепторами. Це і є
предметом даної роботи.
2. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Дослідження виконували на РЦ, ізольованих з бактерій Rhodo-
bacter sphaeroides дикого типу. Хроматофори бактерій солюбілізу-
вали детерґентом LDAO, РЦ відділяли від інших мембранних ком-
понентів хроматографією на колонці з гідроксиапатитом, що дета-
льно описано в [16]. Ізольовані РЦ суспендувались в 0,01 М Na–P
буфері, pH 7,2, який містив 0,05% LDAO. Вимірювальна кювета
мала розміри 312,5 см при товщині стінок 2 мм.
Розчин РЦ з концентрацією 10
6
М витримувався в темноті при
кімнатній температурі не менше 12 годин (темноадаптований стан).
Світлоадаптований стан формувався при освітленні розчину РЦ ім-
пульсами світла різної тривалості та інтенсивності. Відносна кіль-
кість центрів поглинання та швидкість переходу РЦ з одного стану
в інший визначались за кінетикою вицвітання лінії (865 нм)
спектра оптичного поглинання РЦ.
3. ОДЕРЖАНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
На даний момент у літературі для опису електронних процесів у РЦ
використовують дворівневу схему. Відповідно до такої моделі РЦ
знаходиться в основному стані (1), коли електрон локалізований на
донорі. При поглинанні кванта світла РЦ переходить у збуджений
стан, а електрон переміщується на акцептор — стан (2). Êінетика
процесу в такій моделі задається швидкостями прямого й обернено-
го переходів k12 і k21 відповідно. x1 і x2 — ймовірність знаходження
електрона в 1 і 2 стані. Тоді кінетика процесів, що відбуваються в
РЦ під дією світла, може бути описана таким балансним рівнянням:
716 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
1
12 1 21 2
dx
k x k x
dt
,
1 2
1x x .
Рис. 2. Êінетика зміни оптичної густини при різній інтенсивності: 1 — 0,2
мВт/см2; 2 — 0,5 мВт/см2; 3 — 1 мВт/см2; 4 — 2 мВт/см2; 5 — 4 мВт/см2; 6
— 6 мВт/см2, час освітлення — 90с.
Рис. 3. Êінетика релаксації при різній тривалості освітлення (1 — 10 с; 2
— 20 с; 3 — 30 с; 4 — 40 с; 5 — 50 с; 6 — 60 с; 7 — 70 с; 8 — 80 с; 9 — 90 с;
10 — 100 с), інтенсивність 6 мВт/см2.
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 717
Вважаючи, що k12 і k21 сталі, одержуємо розв’язок диференціаль-
ного рівняння з постійними коефіцієнтами:
1 1
1 21 12 21 12 12 21 12 21
expx t k k k k k k k k t
.
Досліджувалася кінетика фотозбудження і релаксації РЦ фото-
синтетичних бактерій при різних режимах фотоактивації зразка:
при однаковій тривалості, але дискретно змінній інтенсивності фо-
тозбудження, та при заданій інтенсивності фотозбуджувального
світла, але різній тривалості засвічення (рис. 2, 3).
Як видно з графіків (рис. 2, 3), кінетика просвітлення та потем-
ніння розчину РЦ залежить від того з якою інтенсивністю і скільки
часу відбувається освітлення зразка. Видно, що при збільшенні ін-
тенсивності та часу експозиції відновлення поглинання відбуваєть-
ся повільніше. При зростанні тривалості й інтенсивності освітлення
електрон довше знаходиться на QВ, і йому стає все складніше пове-
рнутися на донор. Це може свідчити про вплив ефектів поляризації
на процеси електронного внутрішнього молекулярного транспорту.
Система кінетичних диференціальних балансних рівнянь з пос-
тійними коефіцієнтами для РЦ має розв’язок у вигляді експонент.
Тому часову залежність коефіцієнта оптичного поглинання можна
представити у вигляді розкладу на певну кількість експонент за
формулою:
1
i
n
d t
i
i
A A e
, де Ai — ваговий множник, di — декре-
мент експоненти в с
1. Для цього використовувалась спеціальна
процедура апроксимації, що відбувалась наступним чином. Декре-
мент d1 підбирався в межах від 0,0001 до 100. Знаходилось оптима-
льне значення вагового передекспоненційного множника A1, при
заданому d1, таким чином, щоб середньоквадратичне відхилення
кривої апроксимації від експериментальної було мінімальним.
Знайдені значення фіксувалися і виконувалась аналогічна проце-
дура пошуку показників A2 і d2 для другої експоненти. Потім фіксу-
вались A2 і d2 і знову підбирались A1 і d1. Процедура закінчувалась,
коли на черговому кроці досягалось мінімальне значення для даної
процедури. Тоді починався підбір A3 і d3 і т.д. Програма визначає
кількість експонент, при якій похибка буде найменшою. У нашому
випадку експериментальні криві кінетики електронного транспор-
ту РЦ гарно апроксимуються сумою трьох експонент з постійними
декрементами. Для цього випадку система з двома станами не під-
ходить, тому що вона має розв’язок у вигляді однієї експоненти.
Можливі такі моделі системи: 1) з двома станами зі змінними в
часі мікрошвидкостями; 2) з трьома станами зі змінними в часі мік-
рошвидкостями; 3) з чотирма станами з постійними мікрошвидкос-
тями; 4) з чотирма станами зі змінними в часі мікрошвидкостями.
718 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
Система з двома змінними в часі мікрошвидкостями вже дослі-
джувалась. Одержано часові залежності мікрошвидкостей k12 та k21
для процесів окиснення та відновлення. Однак вигляд цих залеж-
ностей потребує додаткових досліджень.
Нами було обрано модель РЦ як систему з чотирма станами з пос-
тійними коефіцієнтами kij. Тому що система з трьома станами зі
змінними в часі коефіцієнтами складніша, бо не можна одержати
часові залежності мікрошвидкостей з експерименту. Розгляд сис-
теми з чотирма станами з постійними коефіцієнтами, при різних
режимах фотозбудження, дає можливість одержати ці часові зале-
жності і в майбутньому використати їх при роботі з системою з
трьома станами зі змінними в часі коефіцієнтами.
Отже, ми вибирали модель електронного транспорту з чотирма
станами системи РЦ, якій відповідає система із трьох кінетичних
диференціальних балансних рівнянь з постійними коефіцієнтами
та рівняння стану:
1
12 13 14 1 21 2 31 3 41 4
dx
k k k x k x k x k x
dt
,
2
12 1 21 23 24 2 32 3 42 4
dx
k x k k k x k x k x
dt
,
3
13 1 23 2 31 32 34 3 43 4
dx
k x k x k k k x k x
dt
,
1 2 3 4
1x x x x .
Зробивши заміну змінних, щоб перетворити систему в однорідну:
1 1 1
2 2 2
3 3 3
,
,
,
y x h
y x h
y x h
одержуємо загальний розв’язок цієї системи:
,1 1 ,2 2 ,3 3
exp exp exp
i i i i
X t C d t C d t C d t ,
де C1, C2, C3 — сталі, які знаходяться за заданими початковими умо-
вами для процесу окиснення: 1
(0) 1X , 2
(0) 0X , 3
(0) 1X ,
4
(0) 1X . Для процесу віднови X1(0), X2(0), X3(0), X4(0) дорівнюють
значенням X1(texp), X2(texp), X3(texp), X4(texp) у процесі окиснення. Де-
кременти виражаються через певні співвідношення між kij.
Ôізичний зміст даної моделі електронного транспорту полягає в
тому, що система може бути описана чотирма електрон-
конформаційними станами (з постійними 12-ма мікрошвидкостя-
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 719
ми), що можуть переходити один в одного (рис. 4). Електрон-
конформаційні взаємодії в РЦ відбуваються при попаданні елект-
рона в поляризоване середовище, що утворене групами амінокисло-
тних залишків навколо вторинного акцептора QB Середовище поля-
ризується і утворюється самоузгоджене поле, еквівалентне потен-
ційній ямі для електрона. Поляризаційна деформація може приз-
водить до стану, відокремленого від вихідного стану енергетичним
бар’єром. У біополімерах поляризація призводить до руху системи
за конформаційними ступенями свободи в напрямку досягнення
мінімуму по поверхні потенціальної енергії ядерної підсистеми.
Аналіз даної ситуації показує, що внутрішня динаміка білків но-
сить характер обмеженої дифузії. Це означає, що зміщення атом-
них груп навколо їх середніх положень потребує певної перебудови
найближчого оточення і подолання активаційних бар’єрів, але рух
цих груп обмежений за амплітудою, яка не перевищує величини
порядку Онґстрема. Характерні значення коефіцієнта обмеженої
дифузії складають при звичайних умовах порядку 10
10
см
2/с, що
відповідає ефективній в’язкості білкової глобули порядку сотень
пуазів. Такі перебудови дуже важливі для підлаштування конфіґу-
рації білків і субстратів, що їх зв’язують, у хімічно реакційноздатні
стани [13].
У діючій фотосинтетичній системі РЦ рівноважні конформації
молекул у присутності і за відсутності електрона можуть сильно рі-
знитися внаслідок цих електрон-конформаційних взаємодій. Після
захоплення електрона молекула акцептора РЦ знаходиться в нері-
вноважній конформації, що починає повільно релаксувати до рів-
новажної, переходячи з одного локального мінімуму в інший, на
кривій потенціальної енергії. Це створює динамічну картину ево-
люції структурних змін, яка характеризується змінними в часі мі-
крошвидкостями.
Можна розглядати дві моделі.
1. Система, в якій ансамбль РЦ складається з трьох фракцій, і
Рис. 4. Ілюстрація моделі РЦ як системи з чотирма станами.
720 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
внаслідок освітлення РЦ одні фракції більше піддаються структур-
ним змінам, а інші менше. Таким чином ансамбль РЦ характеризу-
ється трьома додатковими станами.
2. Система, в якій всі РЦ в темноадаптованому стані однакові, а
внаслідок освітлення система може з деякою імовірністю потрапи-
ти або в стан 2, або в стан 3, або в стан 4. Таким чином система теж
характеризується чотирма станами з різною заселеністю.
Розглянемо першу модель: РЦ можуть сильно відрізнятися за
часом релаксації (на 2–3 порядки). В живих бактеріях це малоймо-
вірно. Êрім того, в цьому випадку важко уявити, що різні фракції
можуть переходити одна в одну. Тому використовуватимемо другу
модель, в якій всі РЦ однакові. Внаслідок збудження певна кіль-
кість РЦ може перейти з 1-го стану в 2-й стан, певна кількість в 3-й і
певна кількість 4-й електрон-конформаційні стани. Êожен РЦ мо-
же переходити з одного електрон-конформаційного стану в інший,
внаслідок електрон-конформаційної взаємодії. Імовірність таких
переходів характеризується заселеністю цих станів. Характер ве-
личин мікрошвидкостей відображає взаємодію станів між собою.
За допомогою експериментальних даних (заселеність 1-го стану),
які можна апроксимувати у вигляді розкладу на експоненти, було
розв’язано обернену задачу (за заданим розв’язком системи дифе-
ренціальних рівнянь шукаємо параметри цієї системи) і одержано
набори мікрошвидкостей (kij) для процесу окиснення при різних
режимах фотоактивації розчину РЦ. Процес оптимізації побудова-
ний таким чином, що номер стану визначається порядковим номе-
ром при обчисленні. Спочатку визначається значення k12 та k21 при
нульових значення інших параметрів. Потім визначаються коефі-
цієнти k13 та k31 при фіксованих значення k12 та k21 та нульових зна-
чення всіх інших параметрів. Потім розраховуються коефіцієнти
k14 та k41, при фіксованих значення k12, k21, k13, k31 та нульових зна-
чення всіх інших параметрів. Після цього знову повертаємось до
розрахунку k12 та k21, але вже при фіксованих значеннях k13, k31, k14,
k41 та нульових значеннях всіх інших параметрів. Потім визнача-
ються коефіцієнти k13 та k31 і так далі. Повторюються розрахунки до
того часу, поки значення мікрошвидкостей не будуть відрізнятись
від попередніх розрахунків у визначених межах. Після цього фік-
суються коефіцієнти k12, k21, k13, k31 , k14, k41 і розраховуються по че-
рзі перехресні параметри k23, k32, k24, k42 , k34, k43. Потім все повторю-
ється спочатку при фіксованих значеннях перехресних членів. Піс-
ля визначення всіх 12 мікрошвидкостей, програма фіксує диспер-
сію цих розрахунків. І по закінченню оптимізації вибирається той
набір коефіцієнтів, що характеризується мінімальною дисперсією.
Після розв’язку задачі для процесу окиснення розв’язувалась
задача для процесу відновлення. Дані про заселеність на момент
виключення світла використовувались як початкові умови для
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 721
розв’язку задачі для процесу відновлення.
Отже, одержано два набори (таблиці 1, 2): для процесу окиснення
— 12 максимально можливих мікрошвидкостей і для процесу від-
новлення (який характеризується відсутністю освітлення) — 9, то-
му що відсутні переходи з 1-го стану в 2-й, 3-й та 4-й стани (k12, k13,
k140).
Проаналізувавши дані, можна зробити висновки, що процеси
окиснення і відновлення характеризуються різними значеннями
мікрошвидкостей, тому що структурні зміни в РЦ відбуваються під
дією зовнішніх чинників (освітлення), а релаксація (відновлення
РЦ) — процес самостійний, тому чисельні значення мікрошвидкос-
тей для цих процесів різні. На основі цих наборів одержано заселе-
ності 1-го, 2-го, 3-го та 4-го станів РЦ, для різних режимів фотозбу-
дження (рис. 5–8). З одержаних залежностей видно, що як процес
окиснення, так і відновлення в межах похибки добре збігається з
кінетикою заселеності 1-го стану, яку було одержано експеримен-
тально. Отже, ми можемо довіряти одержаним результатам для за-
селеності 2-го, 3-го та 4-го станів при різних режимах фотозбу-
дження системи РЦ.
Проаналізуємо процес окиснення при інтенсивності освітлення
I0,2 мВт/см2: спочатку йде процес заселення 2-го стану з 1-го, але
починаючи з 3 с заселеність у 3-му і 4-му стані — збільшується з ча-
сом за рахунок зменшення заселеності станів 2 та 1. Це говорить
про те, що в процесі збудження РЦ не лише з 1-го стану, але й з ста-
ну 2 переходять у стани 3 і 4 (рис. 5). Після вимкнення збуджуваль-
ного світла спостерігаємо різке зменшення заселеності 2-го стану,
що була найбільшою на момент вимкнення світла та плавне змен-
шення заселеності 3-го. Заселеність 4-го стану збільшується протя-
гом 40 с, а потім плавно зменшується.
При освітленні з більшою інтенсивністю I2 мВт/см2
(рис. 6) в
процесі окиснення: спочатку спостерігаємо заселення 2-го стану з
1-го, але починаючи з 0,8 с знову заселеність у 3-му і 4-му стані —
збільшується з часом, за рахунок зменшення заселеності станів 2 та
1. А з 17 с зростає заселеність лише 4-го стану, за рахунок змен-
шення усіх інших. Після вимкнення збуджувального світла спосте-
рігаємо різке зменшення заселеності 4-го стану, що була найбіль-
шою на момент вимкнення освітлення, та плавне зменшення засе-
леності 2-го стану. Заселеність 3-го після припинення фотозбу-
дження впродовж 33 с збільшується, а потім плавно зменшується.
Якщо ще збільшити інтенсивність освітлення до I6 мВт/см2
(рис.
7), то в процесі окиснення спочатку спостерігаємо заселення 2-го
стану з 1-го, але починаючи з 0,5 с заселеність у 3-му і 4-му стані
збільшується з часом за рахунок зменшення заселеності станів 2 та
1. А з 13 с зростає заселеність лише 4-го стану за рахунок зменшен-
ня усіх інших.
Т
А
Б
Л
И
Ц
Я
1
.
М
ік
р
о
ш
в
и
д
к
о
с
т
і
д
л
я
п
р
о
ц
е
с
у
о
к
и
с
н
е
н
н
я
Р
Ц
:
ч
а
с
—
9
0
с
,
ін
т
е
н
с
и
в
н
іс
т
ь
0
,2
–
6
м
В
т
/
с
м
2
.
І,
м
В
т
/
с
м
2
k
1
2
,
с
1
k
2
1
,
с
1
k
2
3
,
с
1
k
3
2
,
с
1
k
3
4
,
с
1
k
4
3
,
с
1
k
1
3
,
с
1
k
3
1
,
с
1
k
2
4
,
с
1
k
4
2
,
с
1
k
1
4
,
с
1
k
4
1
,
с
1
0
,2
0
,4
7
1
0
,9
9
9
5
5
,0
1
•
1
0
4
1
,1
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
5
,4
9
•
1
0
2
0
,0
0
1
2
1
,0
0
•
1
0
6
6
,1
6
•
1
0
3
4
,9
4
•
1
0
2
1
,0
0
•
1
0
6
1
,0
0
•
1
0
6
0
,5
1
,5
0
8
5
1
,4
9
3
7
5
7
,7
0
•
1
0
4
4
,8
7
•
1
0
2
2
,1
7
•
1
0
2
5
,5
8
•
1
0
4
0
,0
2
5
5
4
7
,5
1
•
1
0
4
1
,5
9
•
1
0
4
1
,1
0
•
1
0
6
1
,0
0
•
1
0
6
1
,0
0
•
1
0
6
1
3
,9
4
7
2
5
1
,4
0
7
3
8
6
,0
1
•
1
0
4
1
,1
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
5
,8
3
•
1
0
2
0
,0
1
8
8
4
1
,3
9
•
1
0
4
5
,3
5
•
1
0
3
1
,1
1
•
1
0
1
0
,0
0
7
6
,8
9
•
1
0
3
2
6
,6
6
1
,8
1
3
1
2
0
,0
7
2
0
1
0
,1
5
4
8
9
7
,0
7
•
1
0
3
1
,0
9
•
1
0
5
0
,0
1
5
2
6
1
,0
1
•
1
0
5
1
,0
6
•
1
0
5
1
,0
7
•
1
0
5
0
,0
2
4
1
,0
3
•
1
0
5
4
2
3
,5
9
1
2
5
6
,2
2
0
,0
5
2
7
6
0
,2
0
8
7
1
,0
8
•
1
0
5
3
,3
8
•
1
0
3
0
,0
9
0
3
2
7
,0
7
•
1
0
3
3
,7
9
•
1
0
3
1
,0
7
•
1
0
5
0
,0
1
9
7
4
1
,0
3
•
1
0
5
6
4
0
,8
1
5
,0
1
0
,0
7
7
0
1
0
,1
4
1
0
1
2
,5
0
•
1
0
2
1
,0
9
•
1
0
5
1
,0
0
•
1
0
5
1
,6
0
•
1
0
2
1
,0
6
•
1
0
5
1
,0
7
•
1
0
5
0
,0
1
9
8
1
1
,0
3
•
1
0
5
Т
А
Б
Л
И
Ц
Я
2
.
М
ік
р
о
ш
в
и
д
к
о
с
т
і
д
л
я
п
р
о
ц
е
с
у
в
ід
н
о
в
л
е
н
н
я
Р
Ц
:
ч
а
с
—
9
0
с
,
ін
т
е
н
с
и
в
н
іс
т
ь
0
,2
–
6
м
В
т
/
с
м
2
.
І
,
м
В
т
/
с
м
2
k
1
2
,
с
1
k
2
1
,
с
1
k
2
3
,
с
1
k
3
2
,
с
1
k
3
4
,
с
1
k
4
3
,
с
1
k
1
3
,
с
1
k
3
1
,
с
1
k
2
4
,
с
1
k
4
2
,
с
1
k
1
4
,
с
1
k
4
1
,
с
1
0
,2
0
0
,9
2
1
9
,3
3
•
1
0
2
5
,6
0
•
1
0
3
2
,8
1
•
1
0
2
1
,3
2
•
1
0
3
0
1
,6
2
•
1
0
2
3
,2
0
•
1
0
2
7
,1
5
•
1
0
3
0
1
,0
0
•
1
0
6
0
,5
0
0
,9
9
2
8
7
1
,0
5
•
1
0
2
2
,4
0
•
1
0
2
1
,1
0
•
1
0
6
6
,9
8
•
1
0
5
0
9
,3
9
•
1
0
4
1
,1
0
•
1
0
6
1
,4
0
•
1
0
3
0
2
,4
2
•
1
0
3
1
0
0
,1
5
5
2
3
1
,0
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
4
,1
4
•
1
0
4
4
,5
0
•
1
0
3
0
1
,0
3
3
5
9
1
,9
9
•
1
0
1
1
,1
0
•
1
0
6
0
1
,0
0
•
1
0
6
2
0
0
,0
2
5
4
3
0
,0
0
7
4
9
0
,0
0
5
6
8
1
,1
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
0
1
,0
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
0
1
,0
8
4
0
1
,0
9
1
0
,0
0
4
1
8
0
,1
9
1
4
1
,1
0
•
1
0
6
3
,7
4
•
1
0
3
0
1
,6
9
•
1
0
1
1
,1
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
0
1
,0
0
•
1
0
6
6
0
0
,0
3
1
4
0
,0
0
8
5
0
,0
0
5
1
1
,1
0
•
1
0
6
7
,4
5
•
1
0
2
0
1
,0
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
1
,1
0
•
1
0
6
0
1
,0
2
722 Т. В. СЕРДЕНКО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОКС та ін.
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 723
Після вимкнення збуджувального світла спостерігаємо різке
зменшення заселеності 4-го стану, що була найбільшою на момент
вимкнення, та плавне зменшення заселеності 2-го стану. Заселе-
ність 3-го після припинення фотозбудження впродовж 35 с збіль-
шується, а потім плавно зменшується.
Аналіз залежностей окиснення при освітленні з різною інтенсив-
ністю дозволив встановити, що декремент d1 (з процедури апрокси-
мації експериментальних кривих) якісно збігається з мікрошвидкі-
стю k12 (рис. 8). Це дозволяє припустити, що ці параметри характе-
ризують швидкі електронні процеси за відсутності будь-яких кон-
формацій.
Як видно з графіка (рис. 8), мікрошвидкість k21, що характеризує
повернення електрона в процесі окиснення з стану 2 в стан 1, майже
не змінюється при освітленні з інтенсивністю світла в діапазоні від
0,2 до 2 мВт/см2
і росте зі збільшенням інтенсивності світла в діапа-
зоні від 2 до 6 мВт/см2. Тобто чим сильніше ми світимо, тим менше
електрон затримується на хіноні. Це можна пояснити тим, що в на-
півкласичному наближенні, коли електрон знаходиться на хіноні,
система знаходиться в нерівноважному стані: в таких умовах елек-
тромагнітна хвиля внаслідок нерезонансної взаємодії може збу-
джувати коливання електронної підсистеми частинок білкової ма-
кромолекули РЦ, яка є частково впорядкованою. А вона в свою чер-
гу, може збуджувати коливання ядерної підсистеми цих частинок.
Рис. 5. Заселеність 1, 2, 3 та 4 станів при інтенсивності освітлення I0,2
мВт/см2
та експозиції 90 с (1 — експеримент; 1 — 1-й стан; 2 — 2-й стан; 3
— 3-й стан; 4 — 4-й стан).
724 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
Це призведе до виникнення локальних колективних збуджень —
локальних фононів (фрактонів). Такі колективні збудження мо-
жуть полегшувати процес повернення електрона на донор. Це пер-
ший процес, що характеризується нерезонансною взаємодією елек-
тромагнітної хвилі з РЦ, що знаходиться в нерівноважному стані. В
свою чергу, з аналізу експериментальних кривих видно, що при
збільшенні інтенсивності та часу експозиції РЦ відновлення погли-
нання відбувається повільніше. Це другий процес, він характери-
зується впливом поляризації на процеси електронного внутрішньо-
го молекулярного транспорту. Таким чином, можна припустити,
що в процесі окиснення РЦ ми спостерігаємо два конкуруючих
процеси: один сприяє тому, що відновлення поглинання відбува-
ється швидше, а другий — повільніше. Як перший, так і другий
процеси стимулюють структурні зміни в РЦ.
Êрім того, аналізуючи кінетику відновлення, можна зробити та-
кі висновки: якщо заселеність стану на момент вимкнення світла
найбільша, то і мікрошвидкості обернених переходів з цього стану,
теж мають найбільші чисельні значення. При цьому, крім повер-
нення в стан 1 з 2-го, 3-го та 4-го станів, можливими залишаються
переходи між станами 2, 3, 4. По аналогії з процесом окиснення, в
процесі відновлення теж можемо виділити 2 процеси і припустити,
що перший характеризує лише електронний транспорт без зміни
структури РЦ, що відповідає релаксації заселеності того стану, що
Рис. 6. Заселеність 1, 2, 3 та 4 станів при інтенсивності освітлення I2
мВт/см2
та експозиції 90 с (1 — експеримент; 1 — 1-й стан; 2 — 2-й стан; 3
— 3-й стан; 4 — 4-й стан).
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 725
був найбільш заселений в момент вимкнення світла. А другий відо-
бражає кінетику структурних змін. При окисненні та відновленні
ми спостерігаємо процеси релаксації електронного транспорту, де-
кременти яких сильно відрізняються. Це говорить про те, що сис-
тема РЦ за короткий час може потрапити в стани, які сильно відрі-
зняються один від одного за часом відновлення, який характеризує
структуру РЦ. Тобто процеси переходу з одного стану в інший мо-
жуть відбуватися за характером аномальної дифузії (E{xn
2}2,
E{tn}t). Така дифузія структури може відбуватись, коли пере-
хід відбувається за моделлю дисперсійних стрибків шляхом туне-
лювання між пастками, що розділені невеликим енергетичним
бар’єром.
4. ВИСНОВКИ
На основі виконаного аналізу експериментальних даних, побудова-
но модель повільного електронного транспорту та структурних змін
у вигляді системи з чотирма електрон-конформаційними станами,
які характеризуються 12-ма постійними мікрошвидкостями для
процесу окиснення та 9-ма для процесу відновлення. В цій моделі
всі РЦ однакові: 1-й стан — електрони знаходяться на донорі (тем-
ноадаптований стан), 2-й, 3-й та 4-й стани — електрони знаходять-
Рис. 7. Заселеність 1, 2, 3 та 4 станів при інтенсивності освітлення I6
мВт/см2
та експозиції 90 с (1 — експеримент; 1 — 1-й стан; 2 — 2-й стан; 3
— 3-й стан; 4 — 4-й стан).
726 Т. В. СЕРДЕНÊО, Ю. М. БАРАБАШ, П. П. НОÊС та ін.
ся на акцепторі внаслідок фотозбудження. Як в процесі окиснення,
так і в процесі відновлення кожен РЦ може переходити з одного
електрон-конформаційного стану в інший.
Одержано чисельні значення мікрошвидкостей процесів окис-
нення та відновлення РЦ і обчислено кінетику заселеності 1-го, 2-
го, 3-го та 4-го електрон-конформаційних станів РЦ. Показано які-
сний збіг експериментальних даних заселеності 1-го стану з резуль-
татами обчислень для різних режимів фотозбудження.
Визначено залежності мікрошвидкостей k12 і k21 для процесу оки-
снення: величина k12 пропорційна інтенсивності освітлення, а k21
майже не змінюється при освітленні з інтенсивністю світла в діапа-
зоні від 0,2 до 2 мВт/см2
і росте зі збільшенням інтенсивності світла
в діапазоні від 2 до 6 мВт/см2. Це пояснюється тим, що в процесі
фотозбудження РЦ знаходиться в нерівноважному стані під дією
електромагнітної хвилі. Це призводить до структурних змін в РЦ.
Зроблено припущення про існування двох конкуруючих проце-
сів, що відбуваються в РЦ при фотозбудженні. Перший прискорює
процес повернення електрона на донор, він характеризується нере-
зонансною взаємодією електромагнітної хвилі з РЦ, що знаходить-
ся в нерівноважному стані. Другий, навпаки, призводить до того,
що відновлення поглинання відбувається повільніше. Він характе-
ризується впливом поляризації на процеси електронного внутріш-
нього молекулярного транспорту. Як перший, так і другий процеси
спричиняють структурні зміни в РЦ. Після вимкнення світла в
Рис. 8. Êінетика зміни в процесі окиснення: 1 — мікрошвидкість k12; 2 —
мікрошвидкість k21; 3 — декремент d1, при інтенсивності освітлення: 0,2–
6 мВт/см2,час — 90 с.
МОДЕЛЬ ДОНОР-АÊЦЕПТОРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ У ЦЕНТРАХ БАÊТЕРІЙ 727
процесі відновлення спостерігається лише другий процес.
Встановлено: якщо заселеність електрон-конформаційного стану
РЦ на момент вимкнення світла найбільша, то і мікрошвидкості
обернених переходів з цього стану в процесі відновлення теж мають
найбільші чисельні значення.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. А. А. Êононенко, П. П. Нокс, С. Ê. Чаморовский, А. Б. Рубин,
Ã. И. Лихтенштейн, Ю. Ô. Êрупянский, И. П. Суздалев, В. И. Ãольданский,
Хим. физика, 5: 795 (1986).
2. A. O. Goushcha, V. N. Kharkyanen, and A. R. Holzwarth, J. Phys. Chem. B,
101: 259 (1997).
3. B. H. McMahon, J. D. Muller, C. A. Wraight, and G. U. Nienhaus, Biophys. J.,
74: 2567 (1998).
4. J. Deisenhofer, O. Epp, K. Miki, R. Huber, and H. Michel, Nature, 318: 618
(1998).
5. A. Gousha, M. Kapoustina, V. Kharkyanen, and A. Holzwarth, J. Phys. Chem.,
38: 7612 (2007).
6. H. B. Stowell, T. M. McPhillips, D. C. Rees, S. M. Soltis, E. Abresch, and
G. Feher, Science, 276: 812 (1997).
7. V. Z. Paschenko, V. V. Gorokhov, N. P. Grishanova, E. A. Goryacheva,
B. N. Korvatovsky, P. P. Knox, N. I. Zakharova, and A. B. Rubin, Biochim. Bi-
ophys. Acta, 1364: 361 (1998).
8. A. O. Goushcha, A. J. Manzo, G. W. Scott, L. N. Christophorov, P. P. Knox,
Yu. M. Barabash, M. T. Kapoustina, N. M. Berezetska, V. N. Kharkyanen, Bio-
phys. J., 84: 1146 (2003).
9. П. П. Нокс, Е. П. Лукашев, А. А. Êононенко, П. С. Венедиктов, А. Б. Рубин,
Мол. биол., 11: 1090 (1977).
10. G. A. Abgaryan, L. N. Christophorov, A. O. Goushcha, A. R. Holzwarth,
V. N. Kharkyanen, P. P. Knox, and E. P. Lukashev, J. Biol. Physics., 24: 1
(1998).
11. Э. Ã. Петров, В. Н. Харкянен, П. П. Нокс, А. А. Êононенко, А. Б. Рубин,
Изв. АН СССР. Сер. биол., 1: 28 (1983).
12. A. O. Goushcha, V. N. Kharkyanen, and A. R. Holzwarth, J. Phys. Chem. B,
101: 259 (1997).
13. A. O. Goushcha et al., Biophys. J., 84: 1146 (2003).
14. S. S. Deshmukh, J.-A. C. Williams, J. P. Allen, and L. Kalman, Biochemistry,
50: 340 (2011).
15. S. S. Deshmukh, J.-A. C. Williams, J. P. Allen, and L. Kalman, Biochemistry,
50: 3321 (2011).
16. N. I. Zakharova and I. Yu. Churbanova, Biochemistry, 65: 181 (2000).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75930 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:56:10Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Серденко, Т.В. Барабаш, Ю.М. Нокс, П.П. Сейфулліна, Н.Х. Заболотний, М.А. 2015-02-06T12:28:57Z 2015-02-06T12:28:57Z 2013 Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій / Т.В. Серденко, Ю.М. Барабаш, П.П. Нокс, Н.Х. Сейфулліна, М.А. Заболотний // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 711-727. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 1816-5230 PACSnumbers:82.20.-w,82.39.Jn,82.50.Hp,87.14.ep,87.15.hp,87.15.ht,87.15.M- https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75930 Виконано аналіз взаємодії фотостимульованих структурних змін у процесі електронного транспорту в пурпурових бактеріях Rhodobacter sphaeroides. Використовуючи методи динамічної спектроскопії видимого світла, досліджувалася кінетика поглинання водних розчинів реакційних центрів за різних режимів фотозбудження. Запропоновано систему з трьох балансних рівнянь з рівнянням стану. Розв’язуючи обернену задачу, одержано значення мікрошвидкостей кінетичних рівнянь, що характеризують дворівневу систему у вигляді чотирьох електронконформаційних станів. Одержано залежності мікрошвидкостей для різних часів та інтенсивностей збуджувального світла. Зроблено припущення, що в процесі окиснення беруть участь два механізми структурних змін. Завдяки одному з них, швидкість повернення електрона збільшується, завдяки іншому — зменшується. У процесі віднови визначальним є другий механізм. Встановлено, що в процесі освітлення реакційних центрів структурні зміни відбуваються, а після вимкнення світла — ні. Photoinduced structural changes in the process of electron transport in the purple bacteria of Rhodobacter sfaeroides are analysed. Using the methods of dynamic spectroscopy of visible light, the kinetics of absorption of aqueous solutions of reaction centres in different modes of photoexcitation is studied. The set of three balance equations with state equation is suggested. Values of microrates in kinetic equations are obtained. Two-level system can be described as the system with four electron-conformational states. Dependences of microrates for different times and intensities of the exciting light are ob- tained. As suggested, the oxidation process involves two mechanisms of structural change. Due to one of the processes, returning electron velocity increases; due to another one, it decreases. The recovery process is determined by the second mechanism. As found, the structural changes occur when reaction centres are lighted on, and these changes do not take place, when the light is turned off. Выполнен анализ взаимодействия фотостимулированных структурных изменений в процессе электронного транспорта в пурпурных бактериях Rhodobacter sphaeroides. Используя методы динамической спектроскопии видимого света, исследовалась кинетика поглощения водных растворов реакционных центров при различных режимах фотовозбуждения. Предложена система из трёх балансных уравнений с уравнением состояния. Решая обратную задачу, получены значения микроскоростей кинетических уравнений, которые характеризуют двухуровневую систему в виде четырёх электрон-конформационных состояний. Получены зависимости микроскоростей для различных времён и интенсивностей возбуждающего света. Сделано предположение, что в процессе окисления действуют два механизма структурных изменений. Согласно одному скорость возврата электрона увеличивается, согласно другому — уменьшается. В процессе восстановления определяющим является второй механизм. Установлено, что в процессе освещения реакционных центров структурные изменения происходят, а после выключения света — нет. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій Article published earlier |
| spellingShingle | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій Серденко, Т.В. Барабаш, Ю.М. Нокс, П.П. Сейфулліна, Н.Х. Заболотний, М.А. |
| title | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій |
| title_full | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій |
| title_fullStr | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій |
| title_full_unstemmed | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій |
| title_short | Кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій |
| title_sort | кінетична модель донор-акцепторної взаємодії у фотосинтетичних реакційних центрах бактерій |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75930 |
| work_keys_str_mv | AT serdenkotv kínetičnamodelʹdonorakceptornoívzaêmodííufotosintetičnihreakcíinihcentrahbakteríi AT barabašûm kínetičnamodelʹdonorakceptornoívzaêmodííufotosintetičnihreakcíinihcentrahbakteríi AT nokspp kínetičnamodelʹdonorakceptornoívzaêmodííufotosintetičnihreakcíinihcentrahbakteríi AT seifullínanh kínetičnamodelʹdonorakceptornoívzaêmodííufotosintetičnihreakcíinihcentrahbakteríi AT zabolotniima kínetičnamodelʹdonorakceptornoívzaêmodííufotosintetičnihreakcíinihcentrahbakteríi |