5.11.3. Проводимость белков

Проводимость белков, наряду с электронно-конформационным взаимодействием, обладает второй важной особенностью – наличием определенных путей переноса электрона («электронных троп»).

Рассмотренный выше туннельный переход электрона между донорно-акцепторными группами в белке, находящимися на расстоянии порядка (0,5-1,0) нм обеспечивают элементарный акт электронного транспорта. В то же время, электронный транспорт может осуществляться между разными белковыми молекулами, например, между цитохромами. Расстояние, которое преодолевает электрон между гемами (донором и акцептором электрона) взаимодействующих цитохромов, составляет более 2,5 нм. В этом случае отдельные, определенные группы белков образуют друг с другом «активные» контактные комплексы. Например, при окислении миоглобина цитохромом с, расстояние между гемами которых составляет более 3,0 нм, такие активные контакты формируются между аминокислотными остатками гис А10 и гис GH1 у молекулы миоглобина и остатками лиз-13, лиз-87 и карбоксильной группой гема у молекулы цитохрома с. Через образованный контакт происходит туннелирование электрона от донорной группы к акцепторной. Таким образом, переносчики электронов располагаются рядом в цепи переноса и определенным образом ориентируются. Для большинства белков проводимость осуществляется именно в результате прыжков между локализованными донорными и акцепторными состояниями. Еще раз подчеркнем, что для направленного переноса электрона необходимо наличие релаксационных процессов в акцепторе электрона.

Квантовый перескок электрона между донором и акцептором осуществляется вдоль электронной тропы через остов белковой цепи, благодаря последовательному перекрыванию молекулярных орбиталей донора с молекулярными орбиталями звеньев белковой цепи, которые в свою очередь перекрываются с молекулярными орбиталями акцептора. В этом случае аминокислотные звенья белковой цепи играют роль «электронных мостиков». С каждым перескоком электрон опускается на все более низкие энергетические уровни. В дыхательной цепи (см. с. 544–552) понижение энергии происходит до тех пор, пока не восстановится молекулярный кислород – конечный акцептор электронов в процессе дыхания в аэробных клетках.

Заметим, что конкретные пути транспорта электрона не являются строго фиксированными, а зависят от условий и могут изменяться при изменении конформационного состояния белковой глобулы, когда в формировании электронных троп начинают принимать участие другие белковые группы и связи между ними.

5.11.4. Полупроводниковая концепция транспорта

Рис. 5–29. Иллюстрация полупроводниковой концепции транспорта электрона от донора по зоне проводимости белковой цепи (медиатора) и далее на основной уровень акцептора

Полупроводниковая концепция транспорта электронов в биологических системах пока не получила подтверждения, но в некоторых видоизмененных вариантах начинает использоваться. Полупроводниковая модель миграции электрона – это активационный перенос электрона по зоне проводимости (т.1, с.392) на большие межмолекулярные расстояния в белке (рис. 5–29). Благодаря тепловой активации электрон переходит с основного уровня донора Е_D в зону проводимости белковой цепи, которая играет роль медиатора (от лат. mediator – посредник), а затем – на основной уровень акцептора Е_А. При низких температурах (или больших ) включается туннельный механизм переноса электрона по «электронным» тропам белковой молекулы (пунктирная линия на рис. 5–29) с основного уровня донора на возбужденный уровень акцептора с дальнейшей колебательной релаксацией (волнистая стрелка).