Un modello cinetico elementare di accoppiamento energetico nelle membrane biologiche

Lo scopo di questo lavoro è di contribuire alla comprensione delle proprietà cinetiche fondamentali dei processi di accoppiamento energetico nelle membrane biologiche. Per questo, consideriamo un modello di un microrganismo che, nella sua membrana plasmatica, esprime due enzimi elettrogenici (E1 ed E2) che trasportano lo stesso catione monovalente C e percorsi elettrodiffusivi per C e per un anione monovalente A. E1 (E2) accoppia il trasporto C alla reazione S1↔P1 (S2↔P2). Abbiamo sviluppato un modello matematico che descrive il tasso di cambiamento della differenza di potenziale elettrico attraverso la membrana, delle concentrazioni interne di C e A, e delle concentrazioni di S2 e P2. Gli enzimi sono incorporati tramite modelli cinetici a due stati; i flussi ionici passivi sono rappresentati da formulazioni classiche di elettrodiffusione. Il volume del microrganismo è mantenuto costante da dispositivi di regolazione accessori. Il modello è utilizzato per studi stazionari e dinamici per il caso di batteri che impiegano il gradiente elettrochimico di Na+ come intermediario energetico. Tra le altre conclusioni, i risultati mostrano che il potenziale di membrana rappresenta l’intermedio cinetico rilevante per l’accoppiamento complessivo tra la reazione S1↔P1 del donatore di energia e la sintesi di S2.