Un modelo cinético elemental de acoplamiento energético en membranas biológicas

El propósito de este trabajo es contribuir a la comprensión de las propiedades cinéticas fundamentales de los procesos de acoplamiento energético en membranas biológicas. Para ello, consideramos un modelo de un microorganismo que, en su membrana plasmática, expresa dos enzimas electrogénicas (E1 y E2) que transportan el mismo catión monovalente C y caminos electrodifusivos para C y para un anión monovalente A. E1 (E2) acopla el transporte C a la reacción S1↔P1 (S2↔P2). Desarrollamos un modelo matemático que describe la tasa de cambio de la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana, de las concentraciones internas de C y A, y de las concentraciones de S2 y P2. Las enzimas se incorporan mediante modelos cinéticos de dos estados; los flujos iónicos pasivos se representan mediante formulaciones clásicas de electrodifusión. El volumen del microorganismo se mantiene constante mediante dispositivos reguladores accesorios. El modelo se utiliza para estudios estacionarios y dinámicos para el caso de las bacterias que emplean el gradiente electroquímico de Na+ como intermediario energético. Entre otras conclusiones, los resultados muestran que el potencial de membrana representa el intermedio cinético relevante para el acoplamiento global entre la reacción donante de energía S1↔P1 y la síntesis de S2.