RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2012

 / 

Декабрь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Белки как специфическая полярная среда процессов переноса заряда


Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, Ленинский просп. 31, Москва, 119991, Российская Федерация

Множество биологических процессов связано с переносом заряженных частиц — электронов, протонов. Электростатическое взаимодействие переносимого заряда с окружением, в первую очередь с белком, в значительной мере определяет термодинамические и кинетические характеристики реакции. Рассмотрены особенности белков как предорганизованных высокополярных и низкодиэлектрических сред, для которых характерны наличие предсуществующего внутрибелкового электрического поля, низкая энергия реорганизации и большой интервал времён диэлектрической релаксации. Эти особенности обусловливают каталитическое ускорение биохимических реакций. Представлены методы количественных расчётов энергетических характеристик ряда процессов и приведены примеры применения этих методов для конкретных систем.

Текст pdf (921 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0182.201212b.1275
PACS: 87.10.−e, 87.14.E−, 87.15.−v (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0182.201212b.1275
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2012/12/b/
000315989900002
2012PhyU...55.1192K
Цитата: Кришталик Л И "Белки как специфическая полярная среда процессов переноса заряда" УФН 182 1275–1300 (2012)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 13 декабря 2011, доработана: 1 февраля 2012, 7 февраля 2012

English citation: Krishtalik L I “Proteins as specific polar media for charge transfer processes” Phys. Usp. 55 1192–1213 (2012); DOI: 10.3367/UFNe.0182.201212b.1275

Список литературы (196) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (4) Похожие статьи (20)

  1. Schaefer M, van Vlijmen H W T, Karplus M Adv. Protein Chem. 51 1 (1998)
  2. Simonson T Curr. Opin. Struct. Biol. 11 243 (2001)
  3. Shurki A, Warshel A Adv. Protein Chem. 66 249 (2003)
  4. Simonson T Rep. Prog. Phys. 66 737 (2003)
  5. Olsson M H M, Parson W W, Warshel A Chem. Rev. 106 1737 (2006)
  6. Gunner M R et al. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1757 942 (2006)
  7. Koehl P Curr. Opin. Struct. Biol. 16 142 (2006)
  8. Simonson T Photosynthesis Res. 97 21 (2008)
  9. Ullmann G M et al. Photosynthesis Res. 97 33 (2008)
  10. Kamerlin S C L, Haranczyk M, Warshel A J. Phys. Chem. B 113 1253 (2009)
  11. Marcus R A Annu. Rev. Phys. Chem. 15 155 (1964)
  12. Догонадзе Р Р, Кузнецов А М Кинетика химических реакций в полярных растворителях (Итоги науки и техники. Сер. Физическая химия. Кинетика) Т. 2 (М.: ВИНИТИ, 1973) с. 5
  13. Dogonadze R R, Kuznetsov A M Prog. Surf. Sci. 6 1 (1975)
  14. Кришталик Л И Электродные реакции. Механизм элементарного акта (М.: Наука, 1979)
  15. Ulstrup J Charge Transfer Processes in Condensed Media (Lecture Notes in Chemistry) Vol. 10 (Berlin: Springer-Verlag, 1979)
  16. Dogonadze R R, Kuznetsov A M Kinetics and Mechanisms of Electrode Processes (Comprehensive Treatise of Electrochemistry) Vol. 7 (Eds B E Conway et al.) (New York: Plenum Press, 1983) p. 1
  17. Newton M D, Sutin N Annu. Rev. Phys. Chem. 35 437 (1984)
  18. Marcus R A, Sutin N Biochim. Biophys. Acta (BBA) Rev. Bioenerg. 811 265 (1985)
  19. Krishtalik L I Charge Transfer Reactions in Electrochemical and Chemical Processes (New York: Consultants Bureau, 1986)
  20. Kuznetsov A M Charge Transfer in Physics, Chemistry, and Biology. Physical Mechanisms of Elementary Processes and an Introduction to the Theory (Luxembourg: Gordon and Breach Publ., 1995)
  21. Marcus R A Protein Electron Transfer (Ed. D S Bendall) (Oxford: BIOS Sci.Publ., 1996) p. 249
  22. Kuznetsov A M, Ulstrup J Electron Transfer in Chemistry and Biology. An Introduction to the Theory (New York: Wiley, 1999)
  23. Kuznetsov A M Stochastic and Dynamic Views of Chemical Reaction Kinetics in Solutions (Lausanne: Presses Polytechniques et Univ. Romandes, 1999)
  24. Krishtalik L I Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1458 6 (2000)
  25. Krishtalik L I Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 849 162 (1986)
  26. Perutz M F Proc. R. Soc. Lond. B 167 448 (1967)
  27. Минкин В И, Осипов О А, Жданов Ю А Дипольные моменты в органической химии (Л.: Химия, 1968); Minkin V I, Osipov O A, Zhdanov Yu A Dipole Moments in Organic Chemistry (New York: Plenum Press, 1970)
  28. Wada A Polyamino Acids, Polypeptides, and Proteins. Proc. of an Intern. Symp., 1961 (Ed. M A Stahmann) (Madison: Univ. of Wisconsin Press, 1962) p. 131
  29. Applequist J, Mahr T G J. Am. Chem. Soc. 88 5419 (1966)
  30. van Duijnen P T, Thole B T Biopolymers 21 1749 (1982)
  31. Кришталик Л И Молекулярная биология 8 91 (1974)
  32. Bayley S T Trans. Faraday Soc. 47 509 (1951)
  33. Marićić S, Pifat G, Pravdić V Biochim. Biophys. Acta (BBA) Special. Sect. Biophys. Subjects 79 293 (1964)
  34. Takashima S, Schwan H P J. Phys. Chem. 69 4176 (1965)
  35. Tanaka A, Ishida Y J. Polymer Sci. Phys. Ed. 11 1117 (1973)
  36. Pethig R Dielectric and Electronic Properties of Biological Materials (Chichester: Wiley, 1979)
  37. Gilson M K, Honig B H Biopolymers 25 2097 (1986)
  38. Nakamura H, Sakamoto T, Wada A Protein Eng. 2 177 (1988)
  39. Simonson T, Perahia D, Bricogne G J. Mol. Biol. 218 859 (1991)
  40. Simonson T, Perahia D, Brünger A T Biophys. J. 59 670 (1991)
  41. King G, Lee F S, Warshel A J. Chem. Phys. 95 4366 (1991)
  42. Smith P E et al. J. Phys. Chem. 97 2009 (1993)
  43. Simonson T, Perahia D J. Am. Chem. Soc. 117 7987 (1995)
  44. Ахадов Я Ю Диэлектрические параметры чистых жидкостей (М.: Изд-во МАИ, 1999)
  45. Johannin G, Kellersohn N Biochem. Biophys. Res. Commun. 49 321 (1972)
  46. Warshel A, Levitt M J. Mol. Biol. 103 227 (1976)
  47. Krishtalik L I IFIAS Workshop (1975) on Physico-Chemical Aspects of Electron Transfer Processes in Enzyme Systems (Ed. C G Hedén) (Stockholm: IFIAS, 1977) p. 76
  48. Кришталик Л И, Тополев В В Молек. биология 17 1034 (1983); Krishtalik L I, Topolev VV Mol. Biol. 17 843 (1983)
  49. Тополев В В, Кришталик Л И Молек. биология 17 1177 (1983); Krishtalik L I, Topolev VV Mol. Biol. 17 963 (1983)
  50. Krishtalik L I J. Theor. Biol. 139 143 (1989)
  51. Tanford C, Kirkwood J G J. Am. Chem. Soc. 79 5333 (1957)
  52. Warwicker J, Watson H C J. Mol. Biol. 157 671 (1982)
  53. Nicholls A, Honig B J. Comput. Chem. 12 435 (1991)
  54. Bashford D, Karplus M Biochemistry 29 10219 (1990)
  55. Karplus M, McCammon J A CRC Crit. Rev. Biochem. 9 293 (1991)
  56. Frauenfelder H, Sligar S G, Wolynes P G Science 254 1598 (1991)
  57. Brooks C L (III), Karplus M, Pettitt B M Proteins. A Theoretical Perspective of Dynamics, Structure, and Thermodynamics (New York: J. Wiley, 1988)
  58. Krishtalik L I Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1228 58 (1995)
  59. Krishtalik L I Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1273 139 (1996)
  60. Gilson M K et al. J. Mol. Biol. 184 503 (1985)
  61. Sham Y Y, Chu Z T, Warshel A J. Phys. Chem. B 101 4458 (1997)
  62. Schutz C N, Warshel A Proteins Struct. Funct. Genet. 44 400 (2001)
  63. Warshel A, Åqvist J Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 20 267 (1991)
  64. Krishtalik L I, Kuznetsov A M, Mertz E L Proteins Struct. Funct. Genet. 28 174 (1997)
  65. Mertz E L, Krishtalik L I Bioelectrochem. Bioenerg. 48 397 (1999)
  66. Simonson T, Archontis G, Karplus M J. Phys. Chem. B 103 6142 (1999)
  67. Кришталик Л И, Тополев В В Молек. биология 18 712 (1984); Krishtalik L I, Topolev V V Mol. Biol. 18 581 (1984)
  68. Кришталик Л И, Тополев В В Молек. биология 18 892 (1984); Krishtalik L I, Topolev V V Mol. Biol. 18 721 (1984)
  69. Sharp K A, Honig B Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 19 301 (1990)
  70. Bashford D Current Opin. Struct. Biol. 1 175 (1991)
  71. Honig B, Nicholls A Science 268 1144 (1995)
  72. Gunner M R et al. Biophys. J. 78 1126 (2000)
  73. Voigt P, Knapp E-W J. Biol. Chem. 278 51993 (2003)
  74. Papazyan A, Warshel A J. Phys. Chem. B 101 11254 (1997)
  75. Воротынцев М А, Корнышев А А Электростатика сред с пространственной дисперсией (М.: Наука, 1993)
  76. Bopp P A, Kornyshev A A, Sutmann G J. Chem. Phys. 109 1939 (1998)
  77. Medvedev I G Electrochim. Acta 49 207 (2004)
  78. Алпатова Н М и др. Электрохимия 25 1341 (1989); Alpatova N M et al. Sov. Electrochem. 25 1195 (1989)
  79. Кришталик Л И, Алпатова Н М, Овсянникова Е В Электрохимия 26 429 (1990); Krishtalik L I, Alpatova N M, Ovsyannikova E V Sov. Electrochem. 26 383 (1990)
  80. Кришталик Л И, Алпатова Н М, Овсянникова Е В Электрохимия 26 436 (1990); Krishtalik L I, Alpatova N M, Ovsyannikova E V Sov. Electrochem. 26 390 (1990)
  81. Кришталик Л И и др. Электрохимия 27 154 (1991); Krishtalik L I et al. Sov. Electrochem. 27 137 (1991)
  82. Krishtalik L I, Alpatova N M, Ovsyannikova E V Electrochim. Acta 36 435 (1991)
  83. Кришталик Л И, Алпатова Н М, Овсянникова Е В Электрохимия 31 871 (1995); Krishtalik L I, Alpatova N M, Ovsyannikova E V Sov. Electrochem. 31 802 (1995)
  84. Бунакова Л В и др. Электрохимия 40 913 (2004); Bunakova L V et al. Russ. J. Electrochem. 40 794 (2004)
  85. Бунакова Л В, Ханова Л А, Кришталик Л И Электрохимия 41 325 (2005); Bunakova LV, Khanova L A, Krishtalik L I Russ. J. Electrochem. 41 287 (2005)
  86. Овсянникова Е В и др. Электрохимия 25 1348 (1989); Ovsyannikova E V et al. Sov. Electrochem. 25 1201 (1989)
  87. Алпатова Н М, Овсянникова Е В, Кришталик Л И Электрохимия 27 931 (1991); Alpatova N M, Ovsyannikova E V, Krishtalik L I Sov. Electrochem. 27 823 (1991)
  88. Mertz E L, Krishtalik L I Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97 2081 (2000)
  89. Khanova L A, Topolev V V, Krishtalik L I Chem. Phys. 326 33 (2006)
  90. Pratt L R, Hummer G, Gars<>тa A E Biophys. Chem. 51 147 (1994)
  91. Hummer G, Pratt L R, Garsía A E J. Phys. Chem. 100 1206 (1996)
  92. Ashbaugh H S, Wood R H J. Chem. Phys. 106 8135 (1997)
  93. Hummer G et al. J. Phys. Chem. B 101 3017 (1997)
  94. Garde S, Hummer G, Paulaitis M E J. Chem. Phys. 108 1552 (1998)
  95. Ashbaugh H S J. Phys. Chem. B 104 7235 (2000)
  96. Grossfield A J. Chem. Phys. 122 024506 (2005)
  97. Krishtalik L I Electrochim. Acta 53 3722 (2008); Krishtalik L I "Corrigendum" Electrochim. Acta 54 4741 (2009)
  98. Ptushenko V V et al. Photosynthesis Res. 97 55 (2008)
  99. Dracheva S M et al. Eur. J. Biochem. 174 253 (1988)
  100. Semenov A Yu, Mamedov M D, Chamorovsky S K FEBS Lett. 553 223 (2003)
  101. Semenov A Yu, Mamedov M D, Chamorovsky S K Photosystem I: The Light-Driven, Plastocyanin: Ferredoxin Oxidoreductase (Ed. J H Golbeck) (Dordrecht: Springer, 2006) p. 319
  102. Ishikita H, Knapp E-W J. Biol. Chem. 278 52002 (2003)
  103. Ishikita H et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 9855 (2006)
  104. Holzwarth A R et al. Biophys. J. 90 552 (2006)
  105. Shelaev I V et al. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 104 44 (2011)
  106. Kuznetsov A M et al. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1797 347 (2010)
  107. Reiss H, Heller A J. Phys. Chem. 89 4207 (1985)
  108. Pleskov Yu V J. Phys. Chem. 91 1691 (1987)
  109. Каневский Е А Журн. физ. химии 26 633 (1952)
  110. Кузнецов Ан М, Маслий А Н, Кришталик Л И Электрохимия 44 39 (2008); Kuznetsov An M, Maslii A N, Krishtalik L I Russ. J. Electrochem. 44 34 (2008)
  111. Trasatti S J. Electroanal. Chem. Interfac. Electrochem. 52 313 (1974)
  112. Фрумкин А Н Потенциалы нулевого заряда (М.: Наука, 1982)
  113. Ullmann G M, Noodleman L, Case D A J. Biol. Inorg. Chem. 7 632 (2002)
  114. Krishtalik L I Chem. Phys. 319 316 (2005)
  115. Antosiewicz J, McCammon J A, Gilson M K J. Mol. Biol. 238 415 (1994)
  116. Kuznetsov A M, Ulstrup J, Vorotyntsev M A The Chemical Physics of Solvation Pt. C (Eds R R Dogonadze et al.) (Amsterdam: Elsevier, 1988) p. 163
  117. Кришталик Л И Молек. биология 13 577 (1979)
  118. Krishtalik L I J. Theor. Biol. 86 757 (1980)
  119. Кришталик Л И, Харкац Ю И Биофизика 29 19 (1984)
  120. Kharkats Yu I, Krishtalik L I J. Theor. Biol. 112 221 (1985)
  121. Zhou H-X J. Am. Chem. Soc. 116 10362 (1994)
  122. Krishtalik L I, Topolev V V Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1459 88 (2000)
  123. Churg A K et al. J. Phys. Chem. 87 1683 (1983)
  124. Warshel A, Chu Z T, Parson W W Science 246 112 (1989)
  125. Schulten K, Tesch M Chem. Phys. 158 421 (1991)
  126. Treutlein M et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 75 (1992)
  127. Parson W W, Chu Z-T, Warshel A Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1017 251 (1990)
  128. Zheng C, McCammon J A, Wolynes P G Chem. Phys. 158 261 (1991)
  129. Yadav A et al. J. Am. Chem. Soc. 113 4800 (1991)
  130. Marchi M et al. J. Am. Chem. Soc. 115 4178 (1993)
  131. Åqvist J, Fothergill M, Warshel A J. Am. Chem. Soc. 115 631 (1993)
  132. Muegge I et al. J. Phys. Chem. B 101 825 (1997)
  133. Simonson T Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99 6544 (2002)
  134. Tipmanee V et al. J. Am. Chem. Soc. 132 17032 (2010)
  135. Kaila V R I et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107 21470 (2010)
  136. Кришталик Л И Молек. биология 15 290 (1981); Krishtalik L I Mol. Biol. 15 229 (1981)
  137. Krishtalik L I J. Theor. Biol. 112 251 (1985)
  138. Krishtalik L I J. Mol. Catalysis 47 211 (1988)
  139. Cech T R et al. J. Biol. Chem. 267 17479 (1992)
  140. Cate J H et al. Science 273 1678 (1996)
  141. Krishtalik L I Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 1807 1444 (2011)
  142. Marcus R A J. Chem. Phys. 24 966 (1956)
  143. Marcus R A J. Phys. Chem. 98 7170 (1994)
  144. Mertz E L, German E D, Kuznetsov A M Chem. Phys. 215 355 (1997)
  145. Terrettaz S et al. J. Am. Chem. Soc. 118 7857 (1996)
  146. Blankman J I et al. Biochemistry 39 14799 (2000)
  147. Liu Y-P, Newton M D J. Phys. Chem. 98 7162 (1994)
  148. Sigfridsson E, Olsson M H M, Ryde U J. Phys. Chem. B 105 5546 (2001)
  149. Berghuis A M, Brayer G D J. Mol. Biol. 223 959 (1992)
  150. Berghuis A M et al. J. Mol. Biol. 236 786 (1994)
  151. Qi P X, Beckman R A, Wand A J Biochemistry 35 12275 (1996)
  152. Bertini I et al. FEBS Lett. 415 45 (1997)
  153. Bertini I et al. J. Magn. Reson. 147 1 (2000)
  154. Gray H B, Winkler J R Annu. Rev. Biochem. 65 537 (1996)
  155. Gray H B, Winkler J R Quart. Rev. Biophys. 36 341 (2003)
  156. Mines G A et al. J. Am. Chem. Soc. 118 1961 (1996)
  157. Farver O, Pecht I Biophys. Chem. 50 203 (1994)
  158. Olsson M H M, Ryde U, Roos B O Protein Sci. 7 2659 (1998)
  159. Gamelin D R et al. J. Am. Chem. Soc. 120 5246 (1998)
  160. Kümmerle R et al. J. Biol. Inorg. Chem. 6 446 (2001)
  161. Krishtalik L I Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 977 200 (1989)
  162. Vos M H et al. Biochemistry 39 8353 (2000)
  163. Shuvalov V A, Yakovlev A G FEBS Lett. 540 26 (2003)
  164. Woodbury N W T, Parson W W Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 767 345 (1984)
  165. Woodbury N W et al. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 851 6 (1986)
  166. Woodbury N W et al. Biochemistry 33 8101 (1994)
  167. Peloquin J M et al. Biochemistry 33 8089 (1994)
  168. Goldstein R A, Takif L, Boxer S G Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 934 253 (1988)
  169. Shopes R J, Wraight C A Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 893 409 (1987)
  170. Creighton S et al. Biochemistry 27 774 (1988)
  171. Cherepanov D A, Krishtalik L I, Mulkijanian A Y Biophys. J. 80 1033 (2001)
  172. Jia Y et al. J. Phys. Chem. 97 13180 (1993)
  173. Wang Z et al. Chem. Phys. 176 421 (1993)
  174. McMahon B H et al. Biophys. J. 74 2567 (1998)
  175. Jasaitis A et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 10882 (2005)
  176. Ramirez B E et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92 11949 (1995)
  177. Brzezinski P Biochemistry 35 5611 (1996)
  178. Olsson M H M, Ryde U J. Am. Chem. Soc. 123 7866 (2001)
  179. McLendon G, Hake R Chem. Rev. 92 481 (1992)
  180. Takayama S J et al. J. Biol. Inorg. Chem. 14 821 (2009)
  181. Davidson V L Arch. Biochem. Biophys. 428 32 (2004)
  182. Marcus R A J. Chem. Phys. 38 1858 (1963)
  183. Hush N S Progress in Inorganic Chemistry Vol. 8 (Ed. F A Cotton) (Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 2007) p. 391
  184. Mertz E L Chem. Phys. Lett. 262 27 (1996)
  185. Mertz E L, Tikhomirov V A, Krishtalik L I J. Phys. Chem. A 101 3433 (1997)
  186. Мертц Э Л, Кришталик Л И Биофизика 41 320 (1996); Mertz E L, Krishtalik L I Biophysics 41 303 (1996)
  187. Pierce D W, Boxer S G J. Phys. Chem. 96 5560 (1992)
  188. Чернавский Д С, Хургин Ю И, Шноль С Э Молек. биология 14 19 (1967)
  189. Блюменфельд Л А Проблемы биологической физики (М.: Наука, 1977); Blumenfeld L A Problems of Biological Physics (Berlin: Springer-Verlag, 1981)
  190. Crofts A R, Berry E A Curr. Opin. Struct. Biol. 8 501 (1998)
  191. Тихонов А Н Соросовский образовательный журн. (6) 17 (1999)
  192. Романовский Ю М, Тихонов А Н УФН 180 931 (2010); Romanovsky Yu M, Tikhonov A N Phys. Usp. 53 893 (2010)
  193. Moser C C, Dutton P L Protein Electron Transfer (Ed. D S Bendall) (Oxford: Bios Sci. Publ., 1996) p. 1
  194. Beratan D N, Onuchic J N Protein Electron Transfer (Ed. D S Bendall) (Oxford: Bios Sci. Publ., 1996) p. 23
  195. Niki K et al. J. Phys. Chem. B 107 9947 (2003)
  196. Khanova L A, Krishtalik L I Electrochim. Acta 50 1085 (2005)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение