Процессы трансформации высокоэнергетических связей в АТФ Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.2-541.57

ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В АТФ

л л о л

Г.А. Кораблев1, Н.В. Хохряков1, Г.Е. Заиков2, Ю.Г. Васильев1

ФГБОУ ВПО Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, Научно-образовательный центр химической физики и мезоскопии УдНЦ УрО РАН, Россия, Ижевск, 426000, korablevga@mail.ru. 2Институт Биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН, Россия, Москва, 119991, ул. Косыгина, 4, chembio@chph.ras.ru.

Используя пространственно-энергетические представления, показано, что формирование и изменение высокоэнергетических связей в АТФ происходит при функциональных переходах валентно-активных орбиталей системы фосфор-кислород. Полученные результаты находятся в согласии с экспериментальными данными. Табл. 5. Библиогр. 17 назв.

Ключевые слова: высокоэнергетические связи, АТФ, биоструктуры, энергия связи.

TRANSFORMATION OF HIGH-ENERGY BONDS IN ATP

G-А. Korablev1, N.V. Khokhryakov1, G-Е. Zaikov2, Yu.G. Vasilev1

Izhevsk State Agricultural Academy, Basic Research and Educational Center of Chemical Physics and Mesoscopy, Udmurt Scientific Center, Ural Division, Russian, 11, Studencheskaya St., Izhevsk ,426069 Russia, korablevga@mail.ru. 2N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, RAS, 4, Kosygin St., Moscow, 119991, Russia, chembio@chph.ras.ru.

With the help of spatial-energy concept it is demonstrated that the formation and change of high-energy bonds in ATP take place at the functional transitions of valence-active orbitals of the system "phosphorus-oxygen". These values of energy bonds are in accord with experimental and quantum-mechanical data. 5 table. 17 sources.

Keywords: high-energy bonds, ATP, biostructures, bond energy. 1. ИСХОДНЫЕ КРИТЕРИИ

Сопоставление многочисленных закономерностей физических химических и биологических процессов позволяет предположить, что во многих случаях выполняется принцип сложения обратных величин объемных энергий или кинетических параметров взаимодействующих структур.

Уравнение Лагранжа для относительного движения системы двух взаимодействующих материальных точек с массами m1 и m2 в координате х имеет вид:

ди 111

тпр х" = - — , где —=—■+— (1),(1а) дх Ш„р т.1 Шг

здесь и - взаимная потенциальная энергия материальных точек; тпр - приведенная масса.

Это уравнение можно привести к виду:

, (2)

ди д и1 ди2

в котором результирующая энергетическая характеристика системы взаимодействия двух материальных точек находится по принципу сложения обратных величин исходных энергий взаимодействующих подсистем.

«Электрон с массой m, движущийся около протона с массой М, эквивалентен частице с массой:

тМ

тпр =-Г7 ». [1] - стр. 12.

р т + М

Поэтому, модифицируя уравнение (2), можно предположить, что энергия валентных орбиталей атома (ответственная за межатомные взаимодействия) может быть рассчитана [2] по принципу сложения обратных величин некоторых исходных энергетических составляющих, согласно уравнений:

1 11 11 1 .

q2l У г

+ -

ЖгПг

или

Рэ po

q (Wrn)

Рэ = pol rt (3),(4),(5)

здесь: W, - орбитальная энергия электронов [3]; г,

- орбитальный радиус ,-ой орбитали [4]; q=Z*/n* -по [5,6], n, - число электронов данной орбитали, Z*w n* - эффективный заряд ядра и эффективное главное квантовое число, r - размерные характеристики связи.

Величина РО названа пространственно-энергетическим параметром (ПЭП), а величина РЭ

- эффективным Р-параметром (эффективный ПЭП). Эффективный ПЭП имеет физический смысл некоторой усредненной энергии валентных электронов в атоме и измеряется в единицах энергии, например, в электрон-вольтах (эВ).

Значения Р0-параметра являются табулированными постоянными величинами для электронов данной орбитали атома.

Введение Р-параметра следует рассматривать как последующее развитие квазиклассических представлений с использованием квантово-механических данных по строению атома для получения критериев энергетических условий фазо-образования. При этом для систем одноименно-заряженных (например - орбитали в данном атоме), однородных систем сохраняется принцип алгебраического сложения таких параметров:

2Рэ = Х(Ро/г,) ; 2Рэ = (6),(7)

г

или:

X Ро=РО+рО+Ро'+-

; гХ Рэ =Х Ро (8),(9).

Здесь Р-параметры суммируются по всем валентным орбиталям атома.

Для вычисления значения РЭ-параметра на данном расстоянии от ядра в зависимости от вида связи вместо г может использоваться или атомный радиус (Я), или ионный радиус (гИ).

Проведены корреляции модулей максимальных значений радиальной части Ф-функции со значениями Р0-параметра и установлена линейная зависимость между этими величинами. Используя некоторые свойства волновой функции применительно к Р-параметру, получено волновое уравнение Р-параметра, имеющее формальную аналогию с уравнением Ф-функции [7].

Поскольку Р-параметр обладает волновыми свойствами (аналогично Т'-функции), то при структурных взаимодействиях должны в основном выполняться закономерности по интерференции соответствующих волн.

Максимум интерференции, усиление колебаний (в фазе) происходит, если разность хода волн равна четному числу полуволн: Я

Д=2«я=Яп или Д=Я(п+1).

Применительно к Р-параметрам максимальное усиление взаимодействия в фазе соответствует взаимодействиям одноименно-заряженных систем или систем однородных по своим свойствам и функциям. И тогда:

р

у = Р = (n+1) Р1

(10)

Аналогично, для "вырожденных" систем (с одинаковыми значениями функций) двумерного

гармонического осциллятора энергия стационарных состояний:

6=иУ(п+1)

По данной модели максимуму взаимодействий соответствует принцип алгебраического сложения Р-параметров - уравнения (6-8). При п=0 (основное состояние) получаем Р2=Р1, или: максимум взаимодействия структур происходит при условии равенства их Р-параметров. Это положение было использовано [2] как основное условие изоморфных замещений и формирования стабильных систем.

2. РАВНОВЕСНО-ОБМЕННЫЕ ПРОСТРАН-СТВЕНННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

При образовании твёрдого раствора и в других структурных равновесно-обменных взаимодействиях в местах соприкосновения атомов-компонентов должна устанавливаться единая электронная плотность. Этот процесс сопровождается перераспределением электронной плотности между валентными зонами обеих частиц и переходом части электронов из одних внешних сфер в соседние.

Очевидно, что при близости электронных плотностей в свободных атомах-компонентах, процессы переноса между граничными атомами частиц окажутся минимальными, что будет благоприятствовать образованию новой структуры. Таким образом, задача оценки степени таких структурных взаимодействий во многих случаях сводится к сравнительной оценке электронной плотности валентных электронов в свободных атомах (на усредненных орбиталях), участвующих в процессе по уравнениям:

a =

Po / r -P"o / Г "

(Po / r'+Po / r ")/2

или

a=

РС Р" 200%,

РС+Рс

100% (11)

(11а)

где Рс - структурный параметр, находится по уравнению:

1

1

1

(12)

Рс N1 Рэ N2 Рэ здесь N-1 и Ы2 - число однородных атомов в подсистемах.

По всем полученным данным была построена номограмма зависимости степени структурного взаимодействия (р) от коэффициента а, единая для широкого класса структур (рисунок не приводится).

Изоморфизм как явление принято рассматривать применительно к кристаллическим структурам. Но, очевидно, аналогичные процессы могут происходить и между молекулярными соединениями, где энергетика связей может оцениваться через относительную разность электронных плот-

ностей валентных орбиталей взаимодействующих атомов. Поэтому молекулярная электроотрицательность сравнительно просто рассчитывается через значения соответствующих Р-параметров.

В сложных органических структурах основную роль при межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействиях могут выполнять отдельные «блоки» или фрагменты, рассматриваемые как «активные» участки структур. Поэтому необходимо идентифицировать эти фрагменты и оценить их пространственно-энергетические параметры. Исходя из волновых свойств Р-параметра, общий Р-параметр каждого фрагмента должен находиться по принципу сложения обратных величин исходных Р-параметров всех атомов. Результирующий Р-параметр блока фрагментов или всей структуры рассчитывается по правилу алгебраического сложения Р-параметров составляющих их фрагментов.

По-видимому, пространственно-энергетические обменные взаимодействия (ПЭВ), основанные на выравнивании электронных плотностей валентных орбиталей атомов-компонентов, имеют в природе такое же универсальное значение, как и чисто электростатические кулоновские взаимодействия, но они дополняют друг друга. Изоморфизм, известный еще со времен Э. Митчерлиха (1820 г.) и Д.И. Менделеева (1856 г.) является только частным проявлением этого всеобщего природного явления.

Количественная сторона оценки изоморфных замещений компонентов как в сложных, так и в простых системах рационально укладывается в рамках методологии Р-параметра. Более сложной является проблема оценки степени структурных ПЭВ для молекулярных, в том числе - органических структур. Такие структуры и их фрагменты часто являются не изоморфными в полном смысле по отношению друг к другу. Тем не менее, ПЭВ между ними идет, степень которого можно в этом случае оценить или полуколичественно или качественно. По степени изоморфного сходства все системы можно разделить на три вида:

I Системы в основном изоморфные друг к другу - это такие системы, у которых примерно одинаковое число разноименных атомов и суммарно схожи геометрические формы взаимодействующих орбиталей.

II Системы, имеющие ограниченное изоморфное сходство - это системы, которые:

1) или отличаются по числу разноименных атомов, но имеют суммарно схожие геометрические формы взаимодействующих орбиталей;

2) или имеют определенные различия в геометрической форме орбиталей, но у них одинаковое число взаимодействующих разноименных атомов.

III Системы, не имеющие изоморфного сходства - это такие системы, которые значительно

отличаются как по числу разноименных атомов, так и по геометрической форме их орбиталей.

Учитывая многие экспериментальные данные, можно все виды ПЭВ примерно классифицировать следующим образом:

Системы I

1. а < (0-6)%; р = 100%. Полный стопроцентный изоморфизм, идет полное изоморфное замещение атомов-компонентов;

2. 6 % < а < (25-30)%. Ограниченный изоморфизм для систем типа I, идет или широкий или ограниченный изоморфизм.

3. а > (25-30)%; нет ПЭВ.

Системы II

1. а < (0-6)%;

а) Идет перестройка химических связей, может сопровождаться образованием нового соединения;

б) Разрыв химических связей может сопровождаться отделением фрагмента от первоначальной структуры, но без присоединений и без замещений.

2. 6% < а < (25-30)%; возможна ограниченная внутренняя перестройка химических связей, без образования нового соединения и без замещений.

3. а> (20-30)%; нет ПЭВ для систем типа II

Системы III

1. а < (0-6)%; а) Возможно ограниченное изменение вида химических связей у данного фрагмента, внутренняя перегруппировка атомов, без отрыва от основной части молекулы и без замещений;

б) Возможно изменение некоторых размерных характеристик связи;

2. 6% < а < (25-30)%;

Возможна очень ограниченная внутренняя перегруппировка атомов;

а > (25-30)%; нет ПЭВ.

При рассмотрении указанных систем следует подчеркнуть, что они в той или иной форме встречаются во всех клеточных и тканевых структурах, но имеют не изолированный характер, а проявляются в пространственно-временных сочетаниях.

Вычисленные таким образом значения а и р относятся к определенному виду взаимодействий, номограмма которого может быть уточнена по ре-перным точкам эталонных систем. Если учесть универсальность пространственно-энергетических взаимодействий в природе, то такая оценка может иметь существенное значение для анализа структурных перестановок в сложных биофизикохими-ческих процессах биологических систем.

В этой модели роль фермента сводится к тому, что активные части его структуры (фрагменты, атомы, ионы) имеют такую величину РЭ-параметра, которая равна РЭ-параметру конечного продукта реакции. То есть фермент структурно «настроен» через ПЭВ на получение конечного продукта реакции, но сам в него не будет входить

ввиду несовершенного изоморфизма своей структуры (в соответствии с пунктом III).

По данной методике для многих систем были проведены оценки важнейших характеристик атомно-структурных взаимодействий (взаимная растворимость компонентов, энергия химической связи, энергетика свободных радикалов, и т.д.) -например [8,9].

3. РАСЧЕТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ЭНЕРГИЙ СВЯЗИ

По уравнениям (3-5) с исходными данными, рассчитанными квантово-механическими методами [3-6] были вычислены значения Р0-параметров большинства элементов, которые являются табулированными, постоянными величинами для каждой валентной орбитали атома. В качестве размерной характеристики при вычислении РЭ-параметра использовались главным образом ко-валентные радиусы - по основному типу химической связи рассматриваемых взаимодействий (табл. 1). Для атома водорода использовалась также величина боровского радиуса и значение атомного («металлического») радиуса [ - по 10].

В некоторых случаях учитывалась кратность связи для атомов углерода и кислорода. Для ряда элементов были вычислены значения РЭ-параметров с использованием ионных радиусов, величина которых указана в графе 7. Все величины атомных, ковалентных и ионных радиусов взяты в основном по Белову-Бокию, а кристаллические ионные радиусы - по Бацанову [10].

В табл. 2 даны результаты расчетов струк турных Рс-параметров свободных радикалов по уравнению (12). Расчеты сделаны для тех радикалов, которые входят в состав молекул белков и аминокислот (СН, СН2, СН3, NH2 и др.), а также для некоторых свободных радикалов, обра зую-щихся при радиолизе и диссоциации молекул воды.

Для вычислений энергии парной связи молекул была использована методика, ранее апробированная [8] на 68 бинарных и более сложных соединениях по уравнениям:

1 1 1 (13)

Е Р„

K

P

K

Рэ n=p

э K

(14)

где п - средняя кратность связи, К - коэффициент гибридизации, который обычно равен числу учитываемых валентных электронов атома.

Здесь Р - параметр энергетической характеристики структурного взаимодействия данного компонента при образовании бинарной связи.

«Помимо сильных взаимодействий внутри биологических молекул и между ними...действуют невалентные, нехимические слабые силы» [11]. При этом ориентационные, индукционные и

n

n

1

2

Таблица 1

Р-параметры атомов, рассчитанные через энергию связи электронов

Атом

Валентные электроны

W (эВ)

ri (А)

q2 о (эВА)

Ро (эВА)

R (А)

Ро/R (эВ)

1S1

13,595

0,5295

14,394

4,7985

0,5292 0,28 R^=1,36

9,0644 17,137 3,525

С

2P'

2P2

2S2 2S2+2P2

11,792 11,792

0,596 0,596

35,395 35,395

5,8680

10,061

14,524 24,585 24,585

0,77 0,67 0,77 0,67 0,77 0,77 0,67

7,6208 8,7582 13,066 15,016 18,862 31,929 36,694

2P1 2P2 2P3

2S2 2S2+2P3

15,445

25,724

0,4875

0,521

52,912

53,283

6,5916 11,723 15,830

17,833 33,663

0,70 0,70 0,70 0,55 0,70 0,70

9,4166 16,747 22,614 28,782 25,476 48,09

O

2P1 2P1 2P1 2P2

2P4

2S2 2S2+2P4

17,195 17,195

17,195 33,859

0,4135 0,4135

0,4135 0,450

71,383 71,383

71,383 72,620

6,4663

11,858

20,338

21,466 41,804

0,66 Rи=1,36 Rи=1,40 0,66 0,59 Rи=1,36 Rи=1,40 0,66 0,59 0,66 0,66 0,59

9,7979 4,755 4,6188 17,967 20,048 8,7191 8,470 30,815 34,471 32,524 63,339 70,854

Ca

451

452 4S2 4S2

5,3212

1,690

17,406

5,929 8,8456

1,97 1,97 R2+=1,00 R2+=1,26

3,0096 4,4902 8,8456 7,0203

3P1

3P1 3P3 3P3 3S2+3P3

10,659 10,659

0,9175 0,9175

38,199 38,199

7,7864 16,594 35,644

1,10 R3-=1,86 1,10 R3-=1,86 1,10

7,0785 Рэ=4,1862 15,085 8,9215 32,403

Mg

351

352

6,8859

1,279

17,501

5,8568 8,7787

1,60 1,60 R2+=1,02

3,6618 5,4867 8,6066

Mn

4S1 4S1+3d1 4S2+3d2

6,7451

1,278

25,118

6,4180 12,924 22,774

1,30 1,30 1,30

4,9369 9,9414 17,518

Na

3S1

4,9552

1,713

10,058

4,6034

1,89 R^=1,18 R^=0,98

2,4357 3,901 4,6973

4S1

4,0130

2,612

10,993

4,8490

2,36 R^=1,45

2,0547 3,344

Н

N

Р

К

дисперсионные взаимодействия принято называть ван-дер-ваальсовыми. Для трех основных биологических атомов (азот, фосфор и кислород) ван-дер-ваальсовые радиусы примерно равны соответствующим ионным радиусам (табл. 3).

Известно так же, что одной из причин относительной нестабильности фосфоангидридных связей в АТФ является сильное отталкивание отрицательно заряженных атомов кислорода. Поэтому представляется целесообразным в качестве энергетической характеристики слабых структурных

взаимодействий биомолекул использовать значения Р-параметров, рассчитанные через ван-дер-ваальсовые радиусы (табл. 3).

Для атомов Р и О были проведены расчеты энергий связи с учетом ван-дер-ваальсовых расстояний для атомных орбиталей: ЗР1 (фосфор)-2Р1 (кислород) и для ЗР3 (фосфор)-2Р2 (кислород). Полученные значения Е оказались немного выше экспериментальных литературных данных (табл. 4). Но реальные энергетические физиологические процессы, например, при фотосинтезе имеют

м о

Энергии связи (э В)

Таблица 4

3

"О

>

I

>

а

01

^

О X

01

0 ч т

х

1

о

О

Атомы, структуры, орбитали Связь 1 компонент 2 компонент 3 компонент Расчет Е [11,12,13] Е [14,15] Примечания

Рэ [эВ) п/К Рэ [эВ) п/К Рэ [эВ) п/К Е

Е-0 ЗБ^ЗР^В^Р" ков. 32,403 1,5/5 70.054 63,339 1.5/6 1,5/6 6,14 6.277 6.024 <6.15> 6.1305 6,14 Свободная молекула РО

НаО ков. ков. 2X9.0624 2х 9.0624 1/1 1/1 17.967 20,040 1/6 2/2 2.570 9,520 2,476 10,04 Распад одной молекулы

НзРОц ков. 3X9.0624 1/1 32.405 1/5 4X17.967 1/2 4.0779 4.700

С...0 (2Р1-1Э1) ков. 7,6200 1,125/2 9,7979 1/1 4,2867

С-Ы 2Р1-2Р1 ков. 7,6200 1/4 9,4166 1/5 0,9471

С. N 2Р1-2Р1 ков. 7,6200 1,125/4 9,4166 1,1667/5 1,0890 0,070

К-С-Ы 4Б2-2Р1-2Р1 ков. 2,0547 1/1 7,6200 1/4 9,4166 1/5 0,640

[С-Н20НС-Н20) ВДВ 1.4520 1/1 1.4520 1/1 0.726

е...О 2522Р2-2Р2 ков. 31.929 31.929 1.125/4 1/4 20.040 20.042 1/2 1/2 4.7367 4.4437

Ы...Н 2Р1-1Б1 ков. 9.4166 9.4166 1.1667/1 1/1 9.0644 9.0644 1/1 1/1 4.9654 4.6186

ГО го 1111 ков. 13:066 13:066 1/2 1/2 9,0644 17,137 1/1 1/1 3,797 4,7295 3,772

Ы-Н2 2РЗ-1Э1 ков. 22,614 1/3 2х 9,0644 1/1 5,3230

-Н...О 3,525 3.525/17.037 4.6100 1/6 0.3730 0.3742 Водородная связь

Р=0 ЗРЗ-2Р2 ков. 15,035 2/3 20,042 2/2 6,6970 6,504 6,1305 Свободная молекула

Р-0 ЗРЗ-2Р2 ВДВ 0,7337 1/5 0,470 1/6 0,701 0,670 ДС АТФ

Р-0 ЗР1-2Р1 ков. 7,0705 1/1 9,7979 1/1 4,1096 4,2059 4,2931

Р-0 ЗР1-2Р1 ВДВ 4,0901 1/5 4,6100 1/6 0,3970 0,34-0,35 фо сформирование

§ оо

ГТ1

0

1

00 §

1 50

I

СП

0

1 §

1 м о

-л

„ко §

м

41

Щ"

Щ

Примечания Сильное взаимодействие Сильное взаимодействие Слабое взаимодействие Эффективная энергия связи

НО |н_ а ой 5а

Молочная кислота Г" ^ 1 ь т чг« «

глюкоза

X г со ^ £"-5 ^ ¡Г-Щ СЛ £ 0- СЛ ~ СЧ) ~ СМ т- со § ^ ш 2 Ш тН- ой иг) т СЙ ш (Л V ой иг) т СЙ ш сп

СО С4 Щ 0. ¡З3 Г*- 0_ Г"- ^.Е3 й. СЛ ™ 1-х. 4 к т V 1-- 1-х. со -н- С4"! -Э- Г-

X о о А " ^ СЛ ? X о X ш и ип т е V т СТ1 53

0_ г- л т ¿Г-0г-. т со ш 0- го - ГЧ 00 СЛ СП со (=> (V, * _ Й"-ой а. ' ш * п

о СП 1-- ГГ- Ь Г» сМ т ш РГ" сп О. СМ, т лой _ о "ой ■ 0. т- 0. со СМ ш СМ * " о___ой___ ГЯ ■ Ц< ■ С

г сл ей - * СМ т ¡5 !Г Г*- 0. из " см * 00 ОП! ' '

о Е Й 0. ее — г---. п О- г-' ел сп гТ" Й ОО т т

X 1 " СП " СЛ 14- рз _ см ¡Г- Щ <2 3 Й опГ

номер серии - = = >

эффективность ниже теоретической, составляя в некоторых случаях около 83% [12,13].

Может быть, таким образом, и учитывается электростатическая составляющая результирующих взаимодействий на анион-анионных расстояниях. Действительно, расчетная величина 0,83Е практически соответствует экспериментальным значениям энергии связи при фосфорилировании и свободной энергии АТФ в хлоропластах.

В табл. 4 приведены расчеты энергии связи по той же методике, но для более сильных взаимодействий на ковалентных расстояниях атомов для свободной молекулы Р^О (полуторная связь) и для молекулы Р=О (двойная связь).

Полуторная связь оценивалась введением коэффициента п = 1,5 с использованием среднего значения Рэ-параметра кислорода для одинарной и двойной связей.

Для сравнения в графе 11 табл. 4 приведены средние энергии разрыва соответствующих химических связей в молекуле АТФ, полученные в рамках полуэмпирического метода PM3 при помощи пакета GAMESS [14]. Методика расчета описана в работе[15].

Полученные в расчетах значения энергий связи в системе К-С-^ близкие к значениям высокоэнергетической связи Р—О в АТФ, свидетельствуют о том, что такая структура может препятствовать процессу синтеза аТф.

При оценке возможности образования водородной связи учитывается такое значение п/К, в котором К =1, а величина п = 3,53/17,1 характеризует изменение кратности связи при переходе от ковалентной связи к ионной.

4. ФОРМИРОВАНИЕ СТАБИЛЬНЫХ

БИОСТРУКТУР

При равновесно-обменных пространственно-энергетических взаимодействиях, аналогичных изоморфизму электронейтральные компоненты не отталкиваются, а идут на сближение и образование новой композиции, особенности которой зависят от относительной разности электронной плотности их валентных орбиталей, т.е. от коэффициента а в уравнениях (11,11а).

Это первый этап образования стабильных систем по данному типу взаимодействий, который идет при условии примерного равенства Р-параметров компонентов: Р1 « Р2.

Атом водорода, элемент №1 с орбиталью ^ определяет основные критерии возможных структурных взаимодействий. Из таблиц 1 и 3 можно выделить четыре основных значений его Р-параметров:

1) для сильных взаимодействий: Р"э = 9,0644 эВ при орбитальном радиусе 0,5292 А и Р"" = 17,137 эВ при ковалентном радиусе 0,28 А. 2) для более слабых взаимодействий Р" = 4,3623

эВ и Рэ = 3,6352 эВ при ван-дер-ваальсовых радиусах 1,10 А и 1,32 А. Значения Р-параметров Р': Р": Р" относятся как 1:2:4. В соответствии с положениями § 1 такие величины Р-параметров взаимодействий определяют нормативные функциональные состояния биосистем, а промежуточные по их значениям могут дать патологические образования. Из большого числа возможных комбинаций структурных взаимодействий применительно к АТФ и к полипептидам можно выделить серии с примерно одинаковыми значениями Р-параметров атомов или радикалов (табл. 5). Отклонения от исходных, первичных значений Р-параметров атома водорода находятся в пределах ± 7%

По литературным данным около 40% общей энергии гликолиза остается в АТФ, что составляет около 0,83 эВ.

По реакции гидролиза АТФ в присутствии

ферментов (ИР03 + И20 ^ И3Р04 + Е) для

структурных Рс- параметров по табл. 2 величина Е = 11,708 + 4,3609 - 15,865 = 0,276 эВ.

Известно, что изменение свободной энергии (ДG) гидролиза фосфоангидридных связей АТФ при рН = 7 в стандартных условиях составляет 0,311 - 0,363 (эВ). Но в клетке величина ДG может быть гораздо выше, так как концентрация АТФ и АДФ в ней более низкая, чем в стандартных условиях. Кроме того, на величину ДG влияет концентрация ионов магния, который в комплексе с АТФ является действующим коферментом. Действительно, ион Мд + имеет Рэ-параметр, равный 8,6066 эВ (табл. 1), очень близкий к соответствующим значениям Р-параметров атомов фосфора и кислорода.

Для количественной оценки этого фактора необходимы дополнительные расчеты.

ВЫВОДЫ

1. По методике Р-параметра и квантово-механическим методом рассчитаны энергии связи некоторых биоструктур.

2. Высокоэнергетические связи в АТФ формируются в системе Р-О при функциональных переходах их валентно-активных состояний.

3. Полученные результаты находятся в согласии с экспериментальными данными.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Эйринг Г., Уолтер Дж., Кимбал Дж. Квантовая 2. Korablev G.A. Spatial-Energy Principles of Complex

химия // И.Л., М., 1948, 528 стр. Structures Formation // Brill Academic Publishers and VSP,

Netherlands, 2005, 426pp. (Monograph).

3. Fischer C.F. Average-Energy of Configuration Har-tree-Fock Results for the Atoms Helium to Radon //Atomic Data, 1972, № 4. рр. 301-399.

4. Waber J.T., Cromer D.T. Orbital Radii of Atoms and Ions // J. Chem. Phys., 1965, V 42, №12, рр. 4116-4123.

5. Clementi E., Raimondi D.L. Atomic Screening constants from S.C.F. Functions, 1 // J.Chem. Phys., 1963, V.38, №11, рр. 2686-2689.

6. Clementi E., Raimondi D.L. Atomic Screening constants from S.C.F. Functions, 1 // J.Chem. Phys., 1967, V.47, №14, рр. 1300-1307.

7. Korablev G.A., Zaikov G.E. Spatial-Energy Parameter as a Materialised Analog of Wafe Function // Progress on Chemistry and Biochemistry, Nova Science Publishers, Inc. New York, 2009, 355-376.

8. Korablev G.A., Zaikov G.E. Energy of chemical bond and spatial-energy principles of hybridization of atom orbitalls // J. of Applied Polymer Science, V.101, №3, Ang.5, 2006, рр. 2101-2107.

9. Кораблев Г.А., Заиков Г.Е. Формирование углеродных наноструктур и пространственно-энергетический критерий стабилизации // Механика композиционных материалов и конструкций, 2009, РАН, т.15, №1, 106118.

123

10. Бацанов С.С. Структурная химия. Факты и зависимости. М.: МГУ, 2009.

11. Волькенштейн. Биофизика. М.: Наука, 1988, 598 с.

12. Фотосинтез / Под ред. Говинджи. М.: Мир, 1987, 728 с.

13. Клейтон Р. Фотосинтез. Физические механизмы и химические модели. М.: Мир, 1984, 350 с.

14. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A. et al. General atomic and molecular electronic structure system // J.Comput. Chem., 1993, v.14, p. 1347-1363.

15. Хохряков Н.В., Кодолов В.И. Влияние активных наночастиц на структуру полярных жидкостей // Химическая физика и мезоскопия, 2009, Т. 11. № 3, С. 388402

16. Фенюк Б.А. Изучение механизма сопряжения синтеза АТФ и протонного транспорта АТФ // Реферун-Биология и естествознание, 1998, 108 с.

17. Feniouk, B.A., Junge, W, and Mulkidjanian, A. Tracking of proton flow across the active ATP-synthase of Rhodobacter capsulatus in response to a series of light flashes. EBEC Reports, Volume 10, p. 112, 1998.

Поступило в редакцию 25 апреля 2012 г После переработки 5 декабря 2012 г