Русский
!

Presentations

Модель стромальных и гранальных ламелл хлоропласта с реалистичной геометрией компартментов

Хрущев С.С., Федоров В.А., Устинин Д.М., Коваленко И.Б., Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б.

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Биологический факультет, каф. биофизики, Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, styx@biophys.msu.ru

Разработана структура модели стромальных и гранальных ламелл хлоропласта с реалистичной геометрией этих субклеточных компартментов и явным учетом диффузии подвижных переносчиков электрона. В модели рассматриваются процессы электронного и протонного транспорта в тилакоидной мембране хлоропласта с участием трансмембранных комплексов: фотосистем 1 и 2, цитохромного b6f комплекса и АТФ-синтазы. Для описания окислительно-восстановительных реакций, происходящих в трансмембранных белковых комплексах с участием мобильных переносчиков, будет использоваться основанный на шаблонах (rule-based) метод. Метод микроэлектронной томографии позволяет получить детальную реконструкция формы стромальных и гранальных ламелл хлоропласта [1]. При компьютерном моделировании возможно использование геометрии модельной сцены, точно воспроизводящей полученную в эксперименте форму фрагмента хлоропласта. Однако интерпретация результатов моделирования была бы крайне затруднительна, так как в такой модели невозможно проследить, каким образом изменение геометрических размеров отдельных компартментов влияет на биологические процессы. На основе томографических данных создана упрощенная аналитическая модель геометрии фрагмента хлоропласта, содержащего грану и соединяющиеся с ней стромальные ламеллы, позволяющая варьировать форму компартментов изменением числовых параметров. По литературным данным получены оценки размеров гранальных и стромальных ламелл и соединительных мостиков между ними, параметры поверхностной плотности трансмембранных белковых комплексов и концентрации мобильных переносчиков электронов – пластохинона, пластоцианина и ферредоксина. Разработано программное обеспечение для моделирования первичных процессов фотосинтеза с учетом связанных с геометрией компартментов и расположением трансмембранных белковых комплексов ограничений на диффузию мобильных переносчиков электронов и протонов. Программное обеспечение реализует предложенный ранее метод прямого компьютерного моделирования процессов [2]. Диффузия мобильных переносчиков электронов моделируется с помощью метода броуновской динамики, при этом используется упрощенный подход, в котором не рассматриваются электростатические взаимодействия между молекулами. Форма компартментов и трансмембранных белковых комплексов задается аналитически, на каждом шаге моделирования производится проверка столкновений мобильных переносчиков электрона с границами компартмента и трансмембранными комплексами.

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ № 20-04-00465

Литература

1. Bussi et al. Fundamental helical geometry consolidates the plant photosynthetic membrane // PNAS, 2019, v. 116(44), pp. 22366-22375. DOI: 10.1073/pnas.1905994116

2. Ризниченко и др. Модели фотосинтетического электронного транспорта // Биофизика, 2020, Т. 65, № 5. С. 886–902. DOI: 10.31857/S0006302920050063

Presentation

© 2004 Designed by Lyceum of Informational Technologies №1533