Известно, что при освещении клетки водоросли Chara согаШnа вблизи мембраны возникают участки, неоднородные по величине рН. Экспериментально показано, что в определенном диапазоне освещенности одной и той же величине интенсивности света могут соответствовать два состояния в распределении рН: полностью гомогенное состояние и полностью сформированные структуры. Переход к состоянию с высокой амплитудой пиков рН происходит при большем значении интенсивности света, чем переход к гомогенному состоянию, т.е. в системе наблюдается гистерезис. Данное явление исследовано с помощью математической модели. Обсуждается возможный механизм возникновения гистерезиса.
Предложена математическая модель потенциалозависимого протонного переноса через мембрану клетки водоросли Chara corallina. Модель представляет собой систему двух дифференциальных уравнений в частных производных, переменными которой являются концентрация протонов вблизи внешней стороны клеточной мембраны и трансмембранный потенциал. Модель описывает экспериментально наблюдаемые нееднородное распределение трансмембранного потенциала и рН вдоль мембраны и колебания потенциала и рН во времени. Предложен механизм возникновения пространственной и временной неоднородности потенциала и рН.
Разработана кинетическая модель цитохромного bf-комплекса в предположении функционирования Q-цикла Митчелла. bf-комплекс рассматривался как мембранный фермент, катализирующий перенос электронов от пластохинола на пластоцианин, сопряженный с переносом протонов из стромы хлоропласта в люмен тилакоида, В модели учтена зависимость скоростей реакций электронного переноса от величины трансмембранного электрического потенциала. Модель применена к описанию экспериментальных данных по регистрации кинетики окислительно-восстановительных превращений цитохрома b, пластоцианина, а также процесса закачки протонов в люмен тилакоида после насыщающей вспышки света. Произведена идентификация параметров модели.
Антал Т. К., Кренделева Т. Е., Рубин А. Б.Фотохимическая активность фотосистемы II при переходе голодающих по сере клеток Chlamydomonas reinhardtii в анаэробные условия зависит от редокс-состояния пула хинонов // Биофизика, 2004, 49(3), стр. 499-505
Electron spin resonance spectroscopy was used to monitor photoinduced changes in the redox state of P700, a photoactive pigment of phctosystemL in isolated Pisum sativum chloroplasts. The kinetics of the ESR signal from P700 (ESR signal I) was recorded at different concentrations of exogenous ferredoxin. A kinetic model was developed for ferredoxin-dependent cyclic electron transport around photosystem I. A multiparticle model was built to directly describe electron transfer in multienzyme complexes and restricted diffusion of mobile carriers in individual compartments (stroma, lumen, intramembrane space) of the system. The two models were compared, and a conclusion was made that the spatial organization of the system plays a significant role in shaping the kinetics of redox transitions of P700.
A kinetic model was developed for generation and utilization of the transmembrane electrochemical proton gradient in primary photosynthetic processes in chloroplasts. The model gives a detailed description of the catalytic cycles in photosysterns I and II, the cytochrome bf-complex, ATP synthesis, and passive leakage of H+, K+, and Cl- through the thylakoid membrane. Account is taken of the dependence of the electron transport rate on the transmembrane potential. The model was tested for consistency with the experimental data on the fast phase of chlorophyll fluorescence induction under different light intensities (high to low). The composition of the fluorescence response was analyzed for each illumination level.
A study was made of the properties of a reacuon-elcctrodiffusion system. A two-component model was developed to describe how interacting charged particles diffuse near the membrane in low-ionic-strength media for which the common assumption of electroneutrality is invalid. Analysis of this model - constructed to take into account the presence a self-consistent field - shows that the latter contributes to the emergence of bistability, localized structures with highly heterogeneous spatial distributions of charges, and spatially and temporally aperiodic modes.
Пирутин С. К., Туровецкий В. Б., Кудряшов Ю. Б., Рубин А. Б.Модификация повреждающего действия УФ излучения на мембраны перитонеальных макрофагов мышей // Радиационная биология. Радиоэкология, 2002, т. 42, №2, с. 151-154.