Теоретическая возможностьтуннельного переноса электронов между отдельными компонентами электрон-транспортной цепи в хлоропластах (в темновую фазу фотосинтеза) исследовалась Л. Н. Григоровым и Д. С. Чернавским (об этом их статья: Квантовомеханическая модель переноса электронов от цитохрома к хлорофиллу в фотосинтезе.— Биофизика, 1972, №17). Обзор состояния изученности данного вопроса представлен в монографии Н. М. Чернавской и Д. С. Чернавского (1977).
В основе теоретических обоснований процесса туннелирования в биологических системах лежит представление, что перенос электрона между двумя соседними молекулами можно описать в одноэлектронном приближении, рассматривая туннельный переход электрона между двумя одномерными потенциальными ямами, разделенными потенциальным барьером той или иной формы.
Физическая природа туннельного эффекта в белково-липидных мембранах носит квантово-механический характер и не имеет классических аналогов.
Рис. 11.6. Туннелирование электрона через конечный потенциальный барьер
Рис. 11.7. Электронно-колебательные взаимодействия при туннелировании электрона: R, U, — смещение положения равновесия ядер при переходе из электронного состояния D- А в состояние DA-
Согласно квантовым представлениям, частица (электрон, отдельные ядра) обладает определенной вероятностью прохождения сквозь потенциальный барьер, энергия которого больше, чем энергия самой частицы (рис. 11.6). Такое «просачивание» сквозь барьер, или туннелирование, не требует тепловой активации. В квантовой механике оно связано с тем, что состояние частицы характеризуется некоторой «размазанностью». Следовательно, существует вероятность найти частицу в разных точках окружающего ее пространства, включая и область, находящуюся за потенциальным барьером. Туннельные переходы совершают электроны и ядра в комплексе DA-. В исходном состоянии (D- А) ядерные конфигурации донорно-акцепторного комплекса соответствуют состоянию, когда электрон локализован на доноре (D- А). Ядерная конфигурация конечного состояния после переноса электрона и изменения электронного состояния (D- А —» DA- ) отличается от начальной, и система имеет другую энергию (рис. 11.7). Это значит, что равновесные ядерные координаты R и U, начального (D- А) и конечного (DA- ) состояний отличаются. Однако существует точка R*, в которой кривые потенциальной энергии пересекаются. Очевидно, в точке R* энергии начального (D -А) и конечного (DA- ) состояний совпадают. Допустим, что донорно-акцепторный комплекс, находившийся в состоянии D-А, перестроился таким образом, что его ядерная координата попала в окрестность точки R*. Само по себе это необязательно приведет к переносу электрона. Но в точках, близких к R*, сравнительно невелика ширина барьера туннелирования, отделяющего потенциальные кривые начального и конечного состояний.
Поскольку около точки R* энергии начального и конечного состояний близки, то во время пребывания системы около R* электрон может успеть "протуннелировать" от D на А.
Для закрепления на акцепторе электрон должен успеть потерять часть своей энергии, чтобы не вернуться таким же образом назад.
В свою очередь для этого ядерная система должна успеть перестроиться так, чтобы часть электронной энергии ушла в тепло, а вся система приобрела ядерную конфигурацию, соответствующую состоянию DA- с координатой R2. В этом случае за время пребывания электрона на А ядерная конфигурация изменится так, что система «свалится» в точку R2:. В результате произойдет необратимый перенос электрона от D к А и система перейдет в состояние DA- .
Ядерная система комплекса DA, находящегося в исходном состоянии R1, может попасть в окрестность точки R* за счет тепловой активации и перехода на верхние колебательные уровни исходного состояния, где координаты ядер близки к R*. Этому процессу соответствует активационный температурно-зависимый участок двухфазной кривой переноса электрона. При низких температурах ядра находятся на нижних колебательных уровнях, где ширина барьера между потенциальными кривыми начального и конечного состояний шире, чем на верхних уровнях. В этом случае существует также и меньшая вероятность туннелирования самих ядер в конечное состояние, которая уже не зависит от температуры (источник: https://bstudy.net/659350/estestvoznanie/tunnelnyy_mehanizm).
Замечу, что описанный выше туннельный способ трансмембранного транспорта не является окончательно доказанным (Л.З.).
всё это может проходить сквозь белки встроенные в мембранну, сквозь саму мембранну диффузия если и возможна, особенно ионов, то очень слаба из-за её гидрофобности
