Conference publications

Abstracts

XV conference

Proton transport and ATP synthesis simulation in chloroplast

Kopit T.A., Ustinin D.M.¹, Grachev E.A.

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology, Russia, 119992, Moscow, GSP-2, Vorobyevy gory, MSU, Faculty of Biology, +7 (095) 939-02-89, ustinin@mail.ru

В рамках имитационной модели фотосинтетической мембраны исследовался процесс, являющийся одной из основных целей функционирования цепи переноса заряда в фотосинтетической мембране, создание протонного градиента между областями внутри и снаружи двойной мембраны [2]. Вопрос выделения протонов в межмембранное пространство (люмен) рассматривался как процесс, сопряженный с переносом электронов в Q-цикле цитохромного комплекса и разложением воды фотосистемой II. Была предложена схема сопряжения различных подходов к моделированию – дискретной имитационной модели электронного транспорта [1] и описания протонной диффузии с помощью дифференциального уравнения. Результаты численных экспериментов позволили проанализировать распределение профилей трансмембранной разности рН в тилакоидах гран и межгранных тилакоидах в условиях интенсивного синтеза АТФ. Исследовалась зависимость скорость синтеза АТФ от величины градиента, а также его регулирующее действие на процесс.

Результаты, полученные при моделировании в рамках имитационной модели, дали возможность предположить, что решающим фактором, влияющим на процессы образования градиента рН и синтеза АТФ, является пространственная неоднородность в распределении фотосинтезирующих комплексов в гранальных и стромальных областях тилакоида. Произвести качественное моделирование интересующих нас процессов с учетом разного типа механизмов переноса вещества и с учетом геометрии исследуемого объекта позволяет многоточечный сетевой метод (МСМ). При этом удается учитывать пространственную организацию системы не только в смысле протяженности, но и в смысле структуры.

С помощью МСМ было осуществлено качественное моделирование процессов транспорта протонов, а так же сопутствующий ему перенос пластохинона и пластохинола при работе электронно-транспортной цепи, и синтеза АТФ при их утечке через АТФ-синтазы, учитывая лишь значимое в соответствии с нашим предположением. Результаты моделирования с помощью МСМ качественно соответствуют результатам, полученным при использовании имитационной модели, что доказывает верность того, что решающим фактором в образовании градиента рН и его сопряжения с процессом синтеза АТФ является пространственная неоднородность в расположении комплексов в тилaкоиде.

Литература

1. Коваленко, И.Б., et al., // Биофизика, 2003, 48(4), 656-665 (2003)

2. Копит Т.А.,.Устинин Д.М. , Грачев Е.А. Имитационное моделирование протонного транспорта и его влияния на синтез АТФ в цепи переноса заряда фотосинтетической мембраны. Тезисы докладов XIV Международной конференции "Математика.Компьютер.Образование". Пущино, 2007 г.