ИСТИНА

В данной работе нами была поставлена задача создать имитационную модель граны хлоропласта на основе современных ультраструктурных данных и представлений о физических механизмах функционирования фотосинтетической электрон-транспортной цепи. Метод микроэлектронной томографии позволяет получить детальную реконструкция формы стромальных и гранальных ламелл хлоропласта. Разработанная нами модель электронного и протонного транспорта может использовать геометрию модельной сцены, точно воспроизводящую полученную в эксперименте форму фрагмента хлоропласта. Однако для того, чтобы иметь возможность проследить, каким образом изменение геометрических размеров отдельных компартментов влияет на биологические процессы, в качестве основы для модели была разработана упрощенная аналитическая геометрия граны и окружающих ее стромальных ламелл. Форма макромолекул в модели задается исходя из данных рентгеноструктурного анализа или электронной микроскопии (базы данных Protein Data Bank и Electron Microscopy Data Bank). Для построения модельного представления макромолекул может использоваться как 3D-модель с атомным разрешением, так и непосредственно полученная в эксперименте карта электронной плотности.Подвижность мобильных переносчиков электронов и протонов моделируется по принципу клеточного автомата: исходя из экспериментально оцененных значений коэффициента диффузии, на каждом шаге моделирования рассчитывается вероятность перемещения агента в соседнюю ячейку. Для идентификации сайтов связывания мобильных переносчиков электрона с трансмембранными комплексами используется комбинация методов броуновской и молекулярной динамики. Сближение молекул моделируется в приближении твердых тел, движущихся в вязкой жидкости под действием случайной силы (тепловое движение молекул) и электростатических взаимодействий. Методы кластерного анализа позволяют выявить метастабильные энергетически выгодные предварительные комплексы, образующиеся в процессе броуновского движения. Для того чтобы оценить возможность трансформации предварительного комплекса в финальный – то есть такую конфигурацию, в которой происходит окислительно-восстановительная реакция между молекулами – используется метод полноатомной молекулярной динамики с явно заданным растворителем. Окислительно-восстановительные реакции с участием трансмембранных комплексов моделируются с использованием матриц вероятности перехода между состояниями комплекса, получаемой путем решения дифференциального уравнения кинетического баланса. Константы скоростей элементарных реакций берутся из экспериментальных данных, либо оцениваются с привлечением методов квантовой химии.