Когерентные свойства динамики гемсодержащих протеинов и редокс-цепей

Большинство физиологических реакций переноса электрона имеет субмиллисекундный масштаб, хотя для фотосинтетических систем характерны субпикосекундные и пикосекундные времена [Silkstone et al., 2007]. Однако ультрабыстрые и функциональные реакции переноса электрона внутри протеина не ограничиваются фотосинтетическими системами [Pilet et al., 2004]. Показано, например, что между гемами в цитохром-с-оксидазе имеет место наносекундный масштаб переноса электрона, причем разница свободных энергий мала - порядка десятков мэВ, что соответствует малой реорганизационной энергии (энергии ядерной перестройки кофакторов и протеинового окружения вследствие реакции) - меньше 200 мэВ [Silkstone et al., 2007; Jasaitis et al., 2005]. Такие реакции - общее место для электрон-транспортных цепей, погруженных в гидрофобное ядро протеина. Гемовые группы находятся близко друг от друга (расстояние между гемами порядка 5

А) и не являются независимыми.

Перенос электрона в биоэнергетических системах между редокс- активными кофакторами через изолирующий протеин может осуществляться как квантово-механическое туннелирование. При этом волновые свойства электрона контролируют биологическую реакцию [Ja- saitis et al., 2007]. Так, в цитохроме ЬоЗ из Е. Coli из того же семейства, что и цитохром-с-оксидаза, физиологическая реакция переноса электрона между близко расположенными гемами имеет место на на- носекундном масштабе и обладает характером туннелирования [Там же]. Туннелирование, по-видимому, присуще этому семейству. Возможно, протеиновое окружение обеспечивает эффективные пути переноса электрона [Fleming et al., 2011]. Эти пути, в принципе, могут интерферировать [Там же].

Отмечают, что в процессе эволюции электронные связи, молекулярная структура путей туннелирования в электрон-транспортных системах могут оптимизироваться, но это должно происходить на атомном масштабе [Beratan and Balabin, 2008].

Установлено также, что реакции гемсодержащих протеинов характеризуются колебательной квантовой когерентностью [Vos and Martin, 1999].

Сильные экситонные взаимодействия между Fe1+ гемом d и Fe2+

гемом Ь595 с расстоянием Fe-Fe около 10 А обнаружены в цитохром- ном комплексе bd Е. Coli [Arutyunyan et al., 2008], что, на наш взгляд, ставит вопрос о возможности существования экситонной когерентности в этом случае. По-видимому, эти гемы кооперативно взаимодействуют.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >