Ein elementares kinetisches Modell der Energiekopplung in biologischen Membranen

Das Ziel dieser Arbeit ist es, zum Verständnis der grundlegenden kinetischen Eigenschaften der Prozesse der Energiekopplung in biologischen Membranen beizutragen. Dazu betrachten wir ein Modell eines Mikroorganismus, der in seiner Plasmamembran zwei elektrogene Enzyme (E1 und E2) exprimiert, die das gleiche einwertige Kation C und elektrodiffusive Pfade für C und für ein einwertiges Anion A transportieren. E1 (E2) koppelt den Transport von C an die Reaktion S1↔P1 (S2↔P2). Wir haben ein mathematisches Modell entwickelt, das die Änderungsrate der elektrischen Potentialdifferenz über die Membran, der internen Konzentrationen von C und A sowie der Konzentrationen von S2 und P2 beschreibt. Die Enzyme werden über kinetische Modelle mit zwei Zuständen eingebaut; die passiven Ionenflüsse werden durch klassische Formulierungen der Elektrodiffusion dargestellt. Das Volumen des Mikroorganismus wird durch zusätzliche Regulierungsvorrichtungen konstant gehalten. Das Modell wird für stationäre und dynamische Studien für den Fall von Bakterien verwendet, die den elektrochemischen Gradienten von Na+ als energetisches Zwischenprodukt nutzen. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass das Membranpotenzial das relevante kinetische Intermediat für die Gesamtkopplung zwischen der Energiedonor-Reaktion S1↔P1 und der Synthese von S2 darstellt.