Кинетическое моделирование системы фосфорилирования в митохондриях гепатоцитов

• Автор: Метёлкин, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Адениннуклеотидтранслоказа

1.1.1. Механизм функционирования АНТ .

1.1.2. Кинетические модели АНТ

1.2. НАТФсинтаза.

1.2.1. Субъединичный состав и структура.

1.2.2. Схема чередующегося сродства.

1.2.3. Экспериментальные наблюдения вращательного катализа .

1.2.4. Преобразование протондвижу щей силы в механическое вращение

1.2.5. АТФсинтаза как молекулярная машина
1.2б. Экспериментальные измерения стехиометрии ЯАТФ
1.2.7. Каталитические свойства Рои РхАТФсинтазы . .
1.2.8. Кинетические модели НАТФсинтазы.
1.3. Фосфатный переносчик митохондрии.
1.4. Модели фосфорилирующей системы, построенные ранее . .
2. Методы, используемые при моделировании
2.1. Алгоритм построения модели.
2.2. Программные и аппаратные средства
3. Построение модели и результаты
3.1. Моделирование процессов связывания метаболитов с ионами
, II4
3.1.1. Вывод формул для связывания метаболитов с ионами
3.1.2. Предварительные оценки соотношений между различными формами метаболитов
3.2. Модель адепшшуклеотидтранслоказы.
3.2.1. Механизм функционирования АНТ .
3.22. Уравнение скорости АНТ.
3.2.3. Зависимость параметров уравнения скорости от электрического потенциала
3.2.4. Идентификация параметров модели АНТ
3.2.5. Обсуждение результатов моделирования АНТ
3.3. Модель Н4АТФсинтазы митохондрии
3.3.1. Модель переноса протонов через мембрану
3.3.2. Образование ферментсубстратпого комплекса и изменение конформации фермента
3.3.3. Идентификация параметров модели АТФсинтазы . .
3.3.4. Промежуточные результаты по моделированию II4АТФсинтазы
3.4. Модель фосфатного переносчика миохондрии
3.5. Модель системы фосфорилирования митохондрии.
3.5.1. Описание системы.
3.5.2. Система дифференциальных уравнений.
3.5.3. Размерности параметров и переменных модели
3.5.4. Экспериментальные данные для верификации модели
3.5.5. Верификация модели .
З.бб. Результаты моделирования системы фосфорилирования митохондрии.
Литература


Так впервые удалось построить модель, которая количественно точно описывает зависимость основных характеристик энергетического метаболизма от концентраций метаболитов и потенциала мембраны. Практическое значение. Методика описания зависимости скорости катализа или транспорта от потенциала через его влияние на элементарные стадии может быть также использована для других систем, где влияние электрического потенциала существенно. Построенная модель фосфорилирующей системы митохондрии может быть использована для решения прикладных задач как самостоятельно, так и в составе более сложных систем, таких как система окислительного фосфорилироватшя митохондрии и т. Результаты такого моделирования могут быть использованы для решения, в частности, биомедицинских задач, таких как тестирование лекарственных средств для изучения влияния последних на систему энергетического метаболизма или изучения влияния ядов па систему. Апробация работы. Глазго, , на второй международной конференции по системной биологии Канада, , на Международной научной конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов Москва, , на международной конференции по био термокинетике Тракай, , на международной конференции Математика. Компьютер. Образование. Пущино, , на международной конференции Математика. Компьютер. Образование. Пущино, , на конференции Российская биоэнергетика от молекул клетке Москва, . Глава 1. ТС 2. А1. Адениннуклеотидтранслоказа, локализованная па внутренней мембране митохондрии, является одним из ключевых белков, участвующих в энергетическом метаболизме митохондрии. Осуществляя транспорт основных энергетических единиц клетки АТФ и АДФ между цитоплазмой и митохондриальным матриксом, переносчик определяет скорость синтеза и потребления аденилатов и, как следствие, от его эффективности зависит работа всей клетки. Было показано, что во многих случаях скоростью работы переносчика лимитируется окислительное фосфорилирование , , , . Поскольку переносчик является основным поставщиком АДФ в матрикс митохондрии, субстрата для окислительного фосфорилирования, прекращение или нарушение его функционирования приводит к неспособности митохондрии производить АТФ. Именно поэтому подробное правильное описание АНТ очень важно для объяснения особенностей функционирования энергетического метаболизма митохондрии. Причиной этому может служить то, что механизм работы переносчика достоверно неизвестен, не определено число активных центров белка, не известен механизм влияния электрического потенциала на скорость работы. Предложенные исследователями возможные кинетические схемы и модели будут рассмотрены в настоящем обзоре. Аденипнуклеотидтранслоказа АНТ гидрофобный мембранный белок известной аминокислотной последовательности 2. Масса одной субъединицы белка около кД, в протеолипосомах и мембране митохондрии субъединицы формируют частицы массой около кД, вероятнее всего, объединяясь в димеры . Недавно был получен рентгеноструктурный анализ субъединицы антипортсра связанной с ингибитором 6. Число оборотов антипортера относительно мало С1, в то же время содержание этого белка в мембране довольно велико, по различным данным 5 от общего количества белка внутренней мембраны 3. АНТ обладает высокой субстратной специфичностью к свободным 1 адснилатам и не способен переносить магнийсвязанные формы АТФ и АДФ, а также другие виды нуклеотидов, несмотря на их структурное сходство. Например, ГТФ, образованный как побочный продукт окислительного фосфорилирования, не может быть связан и перенесен антипортером. Для того чтобы утилизировать энергию этой фосфатной связи, в матриксе имеется фермент пуклеозиддифосфаткиназа, которая переносит макроэрги ческу ю связь на аденилат, после чего образованная молекула АТФ может быть выведена из матрикса. Тем це менее, специфичность адениннуклеотидтранслоказы не абсолютна. По видимому, АНТ может принять за АТФ пирофосфат. В работах , описан обмен АДФои на РР1гп , чувствительный к ингибиторам АНТ.