2.
Модель переноса зарядов по ССИВС
Предположим, что мы имеем
ССИВС, состоящую только из резонансных групп, с одной стороны
которой присоединен донор заряда (HD1-), а с другой стороны – акцептор
заряда (HA1):
|
а) начальное состояние 1 |
HD1-
---> HQ1–R=X1...HQ2–R=X2... ...HQn–R=Xn...HA1 + H+ |
На
этой стадии донор заряда, имеющий повышенный электрохимический потенциал (HD1-)
притягивает к себе протон от группы HQ1–R=X1, вследствие чего она
переходит в состояние –Q1-R=X1. Затем группа –Q1-R=X1 переходит
в состояние Q1=R-X1– и
притягивает протон от группы HQ2-R=X2 и
т.д. Далее такой процесс повторяется вплоть до HA1, в
результате чего система принимает вид:
|
б) конечное
состояние 1 |
H+ + D1 H...Q1=R–X1H...Q2=R–X2H... ...Qn=R–XnH ---> A1H |
В результате происходит перенос
отрицательного заряда от донора к акцептору, сопровождаемый встречным
кооперативным сдвигом протонов в ССИВС, выбросом собственного протона донором в
среду и, для сохранения электронейтральности,
захватом протона акцептором из среды. Двойные связи в резонансных группах
перемещаются при этом в левую сторону, от протонов.
Особенностью данного механизма, связанного с
перемещением отрицательного заряда в одну сторону (от донора к акцептору) и
кооперативным сдвигом протонов в противоположную сторону, является то, что
повторно такой процесс в том же направлении идти не может (протоны уже все
переместились). Однако после замены HD1 на молекулу акцептора HA2 и HA1 на
молекулу нового донора HD2 перенос
зарядов может осуществляться в обратном направлении, справа налево:
|
в) начальное состояние 2 |
H+ + A2H...Q1=R–X1H...Q2=R–X2H...
Qn=R–XnH <--- –D2H |
|
г) конечное состояние 2 |
HA2
<--- HQ1–R=X1...HQ2–R=X2... ...HQn–R=Xn...HD2 + H+ |
После достижения конечного состояния 2 возможна
замена донора HD2 на
акцептор HA1 и
акцептора HA2 на донор HD1, в
результате чего система приходит к начальному состоянию 1 и цикл повторяется.
Ниже сформулированы и наглядно представлены условия реализации данной модели в биоструктурах.
|
Условия реализации модели в биоструктурах (рис.1) |
Условия |
Комментарий |
|
1. Асимметрия расположения
протонов в ССИВС |
На рисунке 1 атомы водорода
расположены в ССИВС асимметрично |
|
|
2. Наличие изолирующей среды для
функционирования ССИВС |
Эти системы погружены в
изолирующую от внешней среды структуру |
|
|
3. Возможность эффективной смены
доноров и акцепторов зарядов |
Входы и выходы ССИВС доступны
для сменяющихся доноров и акцепторов. |
|
|
4. Термодинамическая обратимость
процесса переноса зарядов по ССИВС |
Обратимость процесса
обеспечивается симметрией дуплицированных структур и симметрией начальных (а,
в) и конечных (б, г) состояний |
|
|
Следствием данного
механизма является поочередность работы субструктур,
содержащих ССИВС. |
||
|
|
|
Рис.1.
Условия реализации модели переноса зарядов в
надмолекулярных биоструктурах. а, в – начальные состояния, б, г –
конечные состояния. |
Из всех условий мы остановимся лишь на первом
и четвертом, которые могут служить основой для объяснения природы и
происхождения жизни.
Переход
в раздел 3. О сущности жизни