An elementary kinetic model of energy coupling in biological membranes

Het doel van dit werk is bij te dragen aan het begrip van de fundamentele kinetische eigenschappen van de processen van energiekoppeling in biologische membranen. Hiertoe beschouwen we een model van een micro-organisme dat in zijn plasmamembraan twee elektrogenetische enzymen (E1 en E2) tot expressie brengt die hetzelfde monovalente kation C transporteren en elektrodiffusieve paden voor C en voor een monovalent anion A. E1 (E2) koppelt transport C aan de reactie S1↔P1 (S2↔P2). Wij ontwikkelden een wiskundig model dat de veranderingssnelheid beschrijft van het elektrische potentiaalverschil over het membraan, van de interne concentraties van C en A, en van de concentraties van S2 en P2. De enzymen worden opgenomen via kinetische modellen met twee toestanden; de passieve ionische fluxen worden voorgesteld door klassieke formules van elektrodiffusie. Het volume van het micro-organisme wordt constant gehouden door bijkomende regelaars. Het model wordt gebruikt voor stationaire en dynamische studies voor het geval van bacteriën die gebruik maken van de elektrochemische gradiënt van Na+ als energetisch tussenproduct. Naast andere conclusies tonen de resultaten aan dat de membraanpotentiaal het relevante kinetische intermediair vormt voor de algehele koppeling tussen de energiedonorreactie S1↔P1 en de synthese van S2.