Главная > Разное > Биология и квантовая механика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 23. Транспорт электронов в биологических системах

Многие биологические явления — функционирование цепей электронного транспорта в митохондриях, хлоропластах и хроматофорах, прохождение нервного импульса и другие — связаны с перемещением электрических зарядов: электронов и ионов. В отличие от переноса энергии нейтральными возбуждениями (экситонами, солитонами, фононами) перенос электрических зарядов возможен только при наличии электрических полей или градиентов концентраций.

Напряженность электрического поля направлена против градиента электрического потенциала Вследствие потенциального характера электростатических взаимодействий выделяемая и поглощаемая при перемещении электрона энергия зависит только от разности потенциалов и не зависит от пути, по которому перемещается электрон. Перемещение электрона, имеющего отрицательный электрический заряд — , из точки с потенциалом Ф, в точку о потенциалом связано с выделением энергии если Движение в противоположном направлении требует затраты соответствующей энергии.

Если отсутствуют внешние источники (свет, тепловая энергия и др.), то перемещение электронов от одной молекулы к другой происходит в результате окислительно-восстановительных

реакций. В таких реакциях одна молекула — донор (Д) — теряет электрон, а другая молекула — акцептор (А) — приобретает электрон. Следовательно, окислительно-восстановительную реакцию можно изобразить формулой

Поскольку все биологические явления происходят не в вакууме, а в водной среде, содержащей различные ионы при разных концентрациях, то в процессах переноса электронов играет существенную роль среда и температура. Поэтому процессы переноса электронов в цитоплазме или другой среде (например, внутри мембран) определяются разностью свободных энергий начальных и конечных продуктов.

В стандартных физиологических условиях все концентрации одномолярны) каждая окислительно-восстановительная пара характеризуется стандартным окислительно-восстановительным или редокс-потенциалом (см. табл. 9), который выражается в вольтах. Во всех таблицах редокс-потенциал окислительно-восстановительных пар указывается по отношению к редокс-потенциалу реакции , который принимается равным 0,42 В. Физический смысл имеет только разность редокс-потенциалов. В случае, если реагируют друг с другом две окислительно-восстановительные пары с известными стандартными редокс-потенциалами, для получения значения изменения стандартной свободной энергии надо из редокс-потенциала донора вычесть редокс-потенциал акцептора.

Перенос электрона от донора к акцептору связан с существенной перестройкой электронной структуры и некоторыми конформационными преобразованиями в системе. Скорость перехода определяется молекулярным механизмом самого процесса и температурой. Выяснению механизма электронного транспорта посвящено много экспериментальных и теоретических работ. Ниже мы рассмотрим некоторые из них.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление