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

23.1. Туннельный перенос электронов

Установлено, что темновой перенос электронов между соседними компонентами в цепи электронного транспорта в хлоропластах и хроматофорах происходит с заметной скоростью даже при гелиевых температурах. Это имеет место, например, при переносе электронов от цитохрома с к фотосинтезирующему центру . У серных пурпурных бактерий и от цитохрома к фотосинтезирующему центру у высших фотосинтезирующих организмов.

Низкотемпературный перенос электронов может осуществляться механизмом квантово-механического туннелирования. Впервые такое предположение было сделано в работе Де Волта и Чанса

(109) в 1960 г. Детальное исследование температурной зависимости времени переноса электрона от цитохрома на бактерио-хлорофилл показало, что в интервале скорость переноса не зависит от температуры, а при скорость переноса экспоненциально возрастает с повышением температуры. Для объяснения такой зависимости авторы предположили, что перенос электрона осуществляется двумя механизмами: независящим от температуры туннельным переносом и экспоненциально зависящим от температуры надбарьерным переносом.

Принимая для скорости надбарьерного переноса простую зависимость а для скорости переноса, обусловленного туннельным эффектом, выражение, заимствованное из теории <х-распада, Де Волт и Чанс получили значение высоты барьера, приблизительно равное При этом ширина барьера оказалась очень большой . Эти значения было трудно согласовать с другими данными.

В 1967 г. Чанс с сотрудниками высказали гипотезу, что весь процесс переноса электронов в интервале температур 4—300 К определяется туннельным механизмом. Наблюдаемую в эксперименте температурную зависимость они объяснили тем, что переход злектрона может происходить и из вибронного состояния донора, включающего внутримолекулярное колебание энергии 0,14 эВ.

Возможность механизма туннельного переноса электронов в биологических структурах была исследована Гутманом [140). Наиболее полное и подробное теоретическое исследование возможности туннельного переноса электронов между компонентами цеци электронного транспорта в хлоропластах и хроматофорах было выполнено JI. Н. Григоровым и Д. С. Чернавским [14] и JI. А. Блюменфельдом и Д. С. Чернавским [84]. Обзор современного состояния этого вопроса изложен достаточно полно в монографии Н. М. Чернавской и Д. С. Чернавского [61].

В основе теоретических исследований процесса туннелирования в биологических системах лежит представление, что перенос электрона между двумя соседними молекулами можно описать в одноэлектронном приближении, рассматривая туннельный переход электрона между двумя одномерными потенциальными ямами, разделенными потенциальным барьером той или иной формы.

Чтобы приблизить такую модель к реальным биологическим условиям, приходится вводить представление о колебательных, подуровнях в потенциальных ямах, учитывать взаимодействие злектрона с колебаниями разного типа в окружающей среде, обеспечивающими релаксационные процессы, без которых однонаправленный перенос злектрона невозможен.

При теоретическом исследовании переноса электронов от цитохрома к реакционному центру при фотосинтезе Л. Н. Григоров и Д. С. Чернавский [14] показали, что, учитывая возбуждения нормальных колебаний среды и излучения фононов, можно объяснить температурную зависимость скорости переноса, экспериментально найденную в работе эти вопросы достаточно полно изложены в монографии [61].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление