Кинетическое моделирование системы фосфорилирования в митохондриях гепатоцитов (1103388), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Ðàíåå èññëåäîâàòåëÿìè áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïåðåíîñ÷èê ðàáîòàåò ïî ïðèíöèïó àíòèïîðòà ñî ñòåõèîìåòðèåé 1:1, òî åñòüíà îäíó ïåðåíåñåííóþ ìîëåêóëó ÀÄÔ ïðèõîäèòñÿ îäíà ìîëåêóëà ÀÒÔ,òðàíñïîðòèðóåìàÿ â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè, ÷òî ïðèâîäèò ê âûõîäó îäíîãî îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà èç ìàòðèêñà. Òåì íå ìåíåå, ìåõàíèçìðàáîòû è ñòåïåíü âëèÿíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà íà ýëåìåíòàðíûåñòàäèè ïåðåíîñà äî ñèõ ïîð îáñóæäàþòñÿ â ëèòåðàòóðå. Èìååþòñÿ äâå ãèïîòåçû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ àíòèïîðòåðà: ìåõàíèçì ñëó÷àéíîãî ñâÿçûâàíèÿ(Random Bi-Bi) è ìåõàíèçì ïèíã-ïîíã (Ping-pong). Àðãóìåíòû çà è ïðîòèâêàæäîãî ìåõàíèçìà ïðèâîäÿòñÿ â ýòîì ðàçäåëå.  îáçîðå òàêæå ðàññìàòðèâàþòñÿ ñóùåñòâóþùèå ìîäåëè ÀÍÒ è ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî äî ñèõ ïîð íåïîñòðîåíà ìîäåëü, êîòîðàÿ áû êîëè÷åñòâåííî îïèñûâàëà ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå.Ðàçäåë 1.2.
ïîñâÿùåí H+ -ÀÒÔ-ñèíòàçå - ôåðìåíòó, ñâÿçàííîìó ñ âíóòðåííåé ìåìáðàíîé ìèòîõîíäðèè è êàòàëèçèðóþùåìó ôîñôîðèëèðîâàíèåÀÄÔ íåîðãàíè÷åñêèì ôîñôàòîì çà ñ÷åò ïðîòîí-äâèæóùåé ñèëû. Ôåðìåíòîáíàðóæåí òàêæå â õëîðîïëàñòàõ ðàñòåíèé è â áàêòåðèÿõ, ãäå âûïîëíÿåò àíàëîãè÷íóþ ôóíêöèþ. ÀÒÔ-ñèíòàçà èìååò ñëîæíûé ñóáúåäèíè÷íûéñîñòàâ è íåîáû÷íûå êàòàëèòè÷åñêèå ñâîéñòâà, óñëîæíÿþùèå åãî êèíåòè÷åñêîå îïèñàíèå.
 ÷àñòíîñòè, ðàíåå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ãèäðîëèç è ñèíòåçÀÒÔ ïðîèñõîäèò â ñîîòâåòñòâèè ñ óíèêàëüíûì ìåõàíèçìîì ÷åðåäóþùåãîñÿñðîäñòâà, âïåðâûå îïèñàííûì Ï.Ä. Áîéåðîì. Ðåçóëüòàòû ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëèçà è ðÿä óíèêàëüíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäèê ïðèâåëè ê8ïðåäñòàâëåíèÿì îá ÀÒÔ-ñèíòàçå, êàê î ìîëåêóëÿðíîé ìàøèíå, â êîòîðîéïåðåíîñ ïðîòîíîâ ñîïðÿæåí ñ âðàùàòåëüíûì êàòàëèçîì. Ïðèâîäèòñÿ îïèñàíèå ýëåìåíòàðíûõ ïðîöåññîâ, ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðîòîí-äâèæóùåé ñèëû âýíåðãèþ ñèíòåçà.  íàñòîÿùåì îáçîðå òàêæå îáñóæäàåòñÿ ñòåõèîìåòðèÿ ïåðåíîñà ïðîòîíîâ.
Ïðèâîäÿòñÿ ðàçëè÷íûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå ìåòîäèêè èçìåðåíèÿ ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî ñîîòíîøåíèÿ è åãî çíà÷åíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõîðãàíèçìîâ.  ðàáîòå îïèñûâàþòñÿ ñóùåñòâóþùèå â ëèòåðàòóðå ìîäåëèÀÒÔ-ñèíòàçû.Ðàçäåë 1.3. ïîñâÿùåí îïèñàíèþ îñíîâíûõ ñâîéñòâ ôîñôàòíîãî ïåðåíîñ÷èêà ìèòîõîíäðèè. Ýòîò ïåðåíîñ÷èê ìîæåò áûòü îïèñàí êàê ýëåêòðîíåéòðàëüíûé àíòèïîðòåð àíèîíà P i è àíèîíà OH − , ëèáî êàê ñèìïîðò P i èèîíà H + . Îáñóæäàåòñÿ ïðèðîäà äâèæóùåé ñèëû äëÿ ïåðåíîñà íåîðãàíè÷åñêîãî ôîñôàòà, à òàêæå êàòàëèòè÷åñêèå ïàðàìåòðû òàêîãî ïåðåíîñà.
Òàê,ïðèâîäÿòñÿ äàííûå, ÷òî òîëüêî ïðîòîíèðîâàííàÿ ôîðìà ôîñôàòà (H2 P O4− )ìîæåò ïåðåíîñèòüñÿ ïîñðåäñòâîì ïåðåíîñ÷èêà.Ðàçäåë 1.5. ïîëíîñòüþ ïîñâÿùåí ñóùåñòâóþùèì êèíåòè÷åñêèì ìîäåëÿì ïðîöåññîâ ñèíòåçà ÀÒÔ â ìèòîõîíäðèÿõ. Ïðèâîäèòñÿ 3 ïðèìåðà ïîñòðîåíèÿ êèíåòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Óêàçàíû èõ ñëàáûå è ñèëüíûå ñòîðîíû. ãëàâå 2. ïðèâåäåíî îïèñàíèå ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ. Ïîäðîáíî îïèñàíû: ìåòîäèêà ïîñòðîåíèÿ êàòàëèòè÷åñêîãî öèêëà ìåõàíèçìà ïåðåíîñ÷èêîâ èëè ôåðìåíòîâ, âûâîä ôóíêöèè ñêîðîñòè è ðàçëè÷íûå ïðèáëèæåíèÿ,óïðîùàþùèå âûâîä.
Ïðèâîäÿòñÿ òàêæå ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ,âõîäÿùèõ â ôóíêöèþ ñêîðîñòè è êðèòåðèè òî÷íîñòè èõ îïðåäåëåíèÿ. Ðàññìàòðèâàþòñÿ ìåòîäû èçó÷åíèÿ ïîâåäåíèÿ ïîñòðîåííûõ ìîäåëåé, èñïîëüçóåìûå â ðàáîòå. Ïåðå÷èñëåíû ïðîãðàììíûå è àïïàðàòíûå ñðåäñòâà äëÿìîäåëèðîâàíèÿ.Ãëàâà 3. ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îñíîâíóþ ÷àñòü ðàáîòû, ñîäåðæàùóþ âûâîä ôóíêöèé ñêîðîñòè ðàáîòû äëÿ îòäåëüíûõ ïåðåíîñ÷èêîâ, ôåðìåíòîâ èîïèñàíèå ìîäåëè ïóòè ôîñôîðèëèðîâàíèÿ â öåëîì, à òàêæå îïðåäåëåíèåçíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ. Ðàçäåë 3.1. ïîñâÿùåí âûâîäó óðàâíåíèé äëÿ îïèñàíèÿ êîíöåíòðàöèé ðàçëè÷íûõ ôîðì ìåòàáîëèòîâ.
Ïîä ôîðìàìè ìåòàáîëèòîâ çäåñü ïîäðàçóìåâàþòñÿ êîìïëåêñû àäåíèëàòîâ è íåîðãàíè÷åñêîãî ôîñôàòà ñ èîíàìè âîäîðîäà è ìàãíèÿ, ó÷åò êîòîðûõ âàæåí, ïîñêîëüêó9ToTiKTiKoDDoETETiEDKoTToDiETKoTKiTDiKTETKDEDoTETTEDk3k2DETDiDik1KoDDEDk4DEDÐèñ. 1. Êèíåòè÷åñêàÿ ñõåìà ôóíêöèîíèðîâàíèÿ àäåíèííóêëåîòèäòðàíñëîêàçû ìèòîõîíäðèè. T , D îáîçíà÷àþò ÀÒÔ, ÀÄÔ ñîîòâåòñòâåííî, íèæíèé èíäåêñ îáîçíà÷àåò ëîêàëèçàöèþ: i â ìàòðèêñå, o â ìåæìåìáðàííîì ïðîñòðàíñòâå.
E ñâîáîäíàÿ ôîðìà ïåðåíîñ÷èêà. XEY òåðíàðíûé êîìïëåêñ ÀÍÒ ñ ìîëåêóëîé X ñî ñòîðîíû ìàòðèêñà, Y ñî ñòîðîíû ìåæìåìáðàííîãî ïðîñòðàíñòâà. Ëèíèÿìè ïîêàçàíû ïðîöåññû îáðàçîâàíèÿ êîìïëåêñà. Ñòðåëêàìè ïðîöåññû òðàíñïîðòà. Íàñõåìå ïðèâåäåíû êîíñòàíòû ñêîðîñòåé ïåðåíîñà è êîíñòàíòû äèññîöèàöèè äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ñòàäèé.ôåðìåíòû è ïåðåíîñ÷èêè îáëàäàþò ñïåöèôè÷íîñòüþ ê òîé èëè èíîé ôîðìå ñóáñòðàòà. Âûâîäèòñÿ çàâèñèìîñòü ñòàöèîíàðíîé êîíöåíòðàöèè êàæäîéòàêîé ôîðìû îò ïîëíîé êîíöåíòðàöèè ìåòàáîëèòîâ è èîíîâ. Ïðèâîäèòñÿïðåäâàðèòåëüíûé ðàññ÷åò ñîîòíîøåíèé ìåæäó ôîðìàìè ìåòàáîëèòîâ ïðèóñëîâèÿõ, áëèçêèõ ê ôèçèîëîãè÷åñêèì.Ðàçäåë 3.2.ïîñâÿùåíïîñòðîåíèþìîäåëèàäåíèííóêëåîòèä-òðàíñëîêàçû ìèòîõîíäðèè. Èñõîäÿ èç êèíåòè÷åñêèõ è ñòðóêòóðíûõäàííûõ ðàññìàòðèâàåòñÿ äèìåðíàÿ ìîäåëü ôóíêöèîíàëüíîé åäèíèöûïåðåíîñ÷èêà, ðàáîòàþùåãî êàê äâà âçàèìîñîãëàñîâàííûõ êàíàëà, ïåðåíîñÿùèõ äâå ìîëåêóëû àäåíèëàòîâ îäíîâðåìåííî â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ.
Êàêïîêàçàíî â ðàáîòå, ýòî ñîãëàñóåòñÿ ñ êèíåòè÷åñêèì ìåõàíèçìîì ðàáîòû,ñòðóêòóðíûìè äàííûìè è ðåçóëüòàòàìè ýêñïåðèìåíòîâ ñ èíãèáèòîðàìè.Ðàññìàòðèâàþòñÿ äâå âîçìîæíûå ñõåìû ðàñïîëîæåíèÿ ìîíîìåðîâ âñîñòàâå ôóíêöèîíàëüíîé åäèíèöû. Èñõîäÿ èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõäëÿ ïîñòðîåíèÿ ìîäåëè íàìè âûáèðàåòñÿ öèñ-ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ. Èñõîäÿèç äàííîé ñõåìû ïîñòðîåí êàòàëèòè÷åñêèé öèêë ôóíêöèîíèðîâàíèÿïåðåíîñ÷èêà, èçîáðàæåííûé íà ðèñóíêå 1.
Èñõîäÿ èç ñõåìû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ è íàáîðà ýêñïåðèìåíòàëüíî îáîñíîâàííûõ ïðèáëèæåíèé áûëà10outδT(D)ψa1ψa2ψАБδinT(D)ψinВÐèñ. 2. Ìîäåëü àäåíèííóêëåîòèä-òðàíñëîêàçû èñïîëüçóåìàÿ äëÿ âûâîäà çàâèñèìîñòè ñêîðîñòè ïåðåíîñà îò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëàìåìáðàíû. À, Á,  ðÿä ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé ÀÍÒ â ïðîöåññå ïåðåíîñà.
δT (D) îòíîøåíèå ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ìåñòîìñâÿçûâàíèÿ àäåíèëàòà ñ âíåøíåé ñòîðîíû ìåìáðàíû è ñâîáîäíûì ñîñòîÿíèåì ê ïîëíîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëà íà ìåìáðàíå, δTi (D) îòíîøåíèå ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ìåñòîì ñâÿçûâàíèÿ àäåíèëàòà ñâíóòðåííåé ñòîðîíû ìåìáðàíû è ñâîáîäíûì ñîñòîÿíèåì ê ïîëíîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëà íà ìåìáðàíå, a1 , a2 ýôôåêòèâíîå ïåðåìåùåíèåàäåíèëàòîâ îò óñòîé÷èâîãî ñîñòîÿíèÿ äî ìàêñèìóìà ïîòåíöèàëüíîãîáàðüåðà.âûâåäåíà ôóíêöèÿ ñêîðîñòè, îïèñûâàþùàÿ çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè ðàáîòûïåðåíîñ÷èêà îò êîíöåíòðàöèé ìåòàáîëèòîâ: v AN T = f (Di , Ti , Do , To ).Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè òðàíñìåìáðàííîãî ïåðåíîñà àäåíèëàòîâ îòýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ çàðÿæåííîé ìåìáðàíû ìû ó÷èòûâàëè ÷åðåç îïèñàíèå çàâèñèìîñòè êàæóùèõñÿ êèíåòè÷åñêèõ êîíñòàíòàíò îò ðàçíîñòè ïîòåíöèàëà ìåìáðàíû. Äëÿ ýòîãî ìû ðàçáèëè ïóòü, ïî êîòîðîìó ïðîõîäèòìîëåêóëà ïðè ïåðåíîñå óñëîâíî íà òðè ó÷àñòêà (ñì. ðèñ. 2), ÷òî ïîçâîëèëî â ðàìêàõ íåêîòîðûõ ïðèáëèæåíèé îïèñàòü çàâèñèìîñòü êîíñòàíòû ñêîðîñòè ïåðåíîñà îò âåëè÷èíû ïîëíîãî ïîòåíöèàëà ìåìáðàíû: kj =kj0 (Z1 a1 φ + Z2 a2 φ + a3 φ).
 ïîëíóþ ìîäåëü ÀÍÒ âîøëî 11 íåçàâèñèìûõïàðàìåòðîâ, êîòîðûå ìû èäåíòèôèöèðîâàëè èñõîäÿ èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõäàííûõ, âçÿòûõ èç ðàáîòû /1/. Ñ ïîìîùüþ ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ èäåíòèôèêàöèè ïàðàìåòðîâ óäàëîñü äîáèòüñÿ õîðîøåãî ñîîòâåòñòâèÿ ìåæäó ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè è ðåçóëüòàòàìè ìîäåëèðîâàíèÿ, ÷òî ïîêàçàíî íàðèñ. 3. Îñíîâûâàÿñü íà ðåçóëüòàòàõ ïîäáîðà ïàðàìåòðîâ ìîæíî çàêëþ÷èòü,÷òî îêîëî 7% ïàäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà ïðèõîäèòñÿ íà ñòàäèþñâÿçûâàíèÿ ÀÒÔ.  çíà÷èòåëüíî ìåíüøåé ñòåïåíè ïîòåíöèàë âëèÿåò íàñâÿçûâàíèå ÀÄÔ, îäíàêî ïîëó÷èòü òî÷íûõ îöåíîê òàêîãî âëèÿíèÿ, îñíîâûâàÿñü íà èñïîëüçóåìûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ íåâîçìîæíî òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ýêñïåðèìåíòû. Âû÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâv*, мин -130201А4203100150200v*, мин -15030250В2310Ao , мк M01Б42100v*, мин -11156Do ,мк M003002040608010012041023100150Ao , мк M0050200250300Ðèñ.
3. Ðåçóëüòàòû ïîäáîðà ïàðàìåòðîâ. Ïðåäñòàâëåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå òî÷êè èç ðàáîòû /1/ è òåîðåòè÷åñêèå êðèâûå ðåçóëüòàòûìîäåëèðîâàíèÿ ïîñëå ïîäñòàíîâêè íàéäåííûõ ïàðàìåòðîâ. À) Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè òðàíñïîðòà ìå÷åííîãî àäåíèëàòà îò êîíöåíòðàöèèâíåøíåãî ìå÷åííîãî ÀÒÔ èëè ÀÄÔ; Á) Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè òðàíñïîðòà ìå÷åííîãî àäåíèëàòà îò âíåøíåãî ìå÷åííîãî ÀÄÔ; Â) Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè òðàíñïîðòà ìå÷åííîãî àäåíèëàòà îò êîíöåíòðàöèèâíåøíåãî ìå÷åííîãî ÀÄÔïîêàçàëè òàêæå, ÷òî â ïðîöåññå ïåðåíîñà àäåíèëàòû çíà÷èòåëüíî ñìåùàþòñÿ â íàïðàâëåíèè ïåðåíîñà, êðîìå òîãî, èìåþòñÿ çàðÿæåííûå ãðóïïû âñîñòàâå ìîíîìåðà ÀÍÒ, êîòîðûå ñìåùàþòñÿ ïðè ïåðåíîñå àäåíèëàòîâ.Ïðåäñêàçàíèÿ ïîñòðîåííîé ìîäåëè ïðè ïàðàìåòðàõ áëèçêèõ ê ôèçèîëîãè÷åñêèì èçîáðàæåíû íà ðèñóíêå 4. Òàê, óäàëîñü ïîêàçàòü, ÷òî òðàíñïîðò ÀÄÔ â ìàòðèêñ ìèòîõîíäðèè îñóùåñòâëÿåòñÿ òîëüêî ïðè âåëè÷èíåïîòåíöèàëà áîëåå 100 ìÂ, ïðè ïðî÷èõ ïàðàìåòðàõ áëèçêèõ ê ôèçèîëîãè÷åñêèì. Ïðè ìåíüøèõ çíà÷åíèÿõ íàáëþäàåòñÿ îáðàòíûé ïåðåíîñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
