Кинетическая модель цитохромного b₆f комплекса

Кинетическая модель цитохромного b₆f комплекса является частью прямой модели фотосинтетической мембраны.

Для того, чтобы описать перенос электрона внутри комплекса после стыковки с мобильным переносчиком, использовались кинетические модели, в которых в качестве переменных брались вероятности состояний комплекса с присоединившимися к нему переносчиками. Под состоянием комплекса понимается совокупность состояний всех промежуточных акцепторов и присоединившихся переносчиков. Например, в цитохромном b₆f комплексе выделяют 3 акцептора – центр Риске FeS, низкопотенциальный гем цитохрома b (b_l) и высокопотенциальный гем b_h. Каждый из них может находиться в двух состояниях – окисленном (без электрона) и восстановленном (с электроном). В эксперименте измеряется сигнал, пропорциональный числу комплексов, у которых гем b_h восстановлен. К цитохромному комплексу могут присоединяться: пластохинон-донор электронов (Q_D), пластохинон-акцептор (Q_B), пластоцианин (Pc). Так как пластохинон может переносить два электрона, Q_D и Q_A могут находиться в четырех состояниях каждый: не пристыкован, пристыкован без электрона, пристыкован с одним электроном, пристыкован с двумя электронами. Аналогично пластоцианин может находиться в трех состояниях. В результате весть цитохромный комплекс с учетом состояний пристыкованных переносчиков может находиться в 384 состояниях. Переходы между этими состояниями описываются системой линейных дифференциальных уравнений первого порядка. Хотя число уравнений достаточно велико (около 400), в них входит относительно небольшое число различных констант скоростей реакций (всего 16), которые имеются в литературе по кинетическим моделям. Разработана программа автоматической записи реакций по кинетической схеме. Затем по этому набору реакций автоматически выводилась и решалась система дифференциальных уравнений. Для решения системы использовался метод Рунге-Кутта 4-го порядка. Решая систему уравнений с начальными условиями, в которых i-е состояние в начальный момент имеет вероятность 1, а остальные состояния – вероятность 0, получали вероятность состояния j через время, равное одному шагу имитационной модели. Таким образом, строилась матрица переходов ||p_ij||, по которой можно определить, в какое состояние может попасть комплекс на шаге k+1, если на шаге k он находился в состоянии i. Данная матрица рассчитывается один раз для каждого типа комплексов перед началом вычислений по имитационной модели. На каждом шаге модели определяется, в каком состоянии находится каждый комплекс в данный момент времени (с учетом пристыкованных переносчиков), разыгрывается случайное число от 0 до 1, и по соответствующей строке матрицы переходов определяется, в каком состоянии комплекс окажется в следующий момент. Такой подход позволяет без существенной потери скорости вычислений детально учесть переходы внутри каждого комплекса и корректно смоделировать сигналы с внутренних акцепторов электрона, измеряемые в эксперименте.

• Описание модели (PDF)
• Уравнения (PDF)
• Визуализация модели (3 MBytes) (AVI, для просмотра необходим Cinepak)

Публикации (PDF):
• М. Джалал Камали, Г.В. Лебедева, О.В. Демин, Н.Е. Беляева, Г.Ю. Ризниченко, А.Б. Рубин Кинетическая модель цитохромного bf-комплекса. Оценка кинетических параметров.

См. также:
• Литература по моделированию процессов в цитохромном b₆/f комплексе
• Описание модели циклического транспорта электронов с участием ФС I
• Строение цитохромного b₆/f комплекса
• Q-цикл