Введение
Глава I. Обзор литературы 13
1.1. Особенности структурно-функциональной организации дыхательной цепи у E. coli 13
1.1.1. Хиноны - низкомолекулярные переносчики электронов . 15
1.1.2. Механизмы формирования мембранного потенциала. 19
1.1.3. F1Fo АТФ-синтаза как структурный компонент конечного этапа респираторной цепи 22
1.2. Анаэробное дыхание на нитрате и нитрите. 24
1.2.1. Основные регуляторы нитрат-нитритного метаболизма. 27
1.2.2. Молекулярно-генетические механизмы регуляции экспрессии ферментов утилизации нитрита в клетке E. coli .30
1.2.3. Механизмы формирования цепи передачи электронов
в условиях дыхания на нитрите. 34
1.3. Tat система транспорта белков в периплазму. 37
1.4. Пути утилизации нитрита различными видами бактерий. 40
1.5. Математическое моделирование процессов клеточного дыхания. 44
1.5.1. Потоковые модели 44
1.5.2. Динамические модели 46
1.6. Заключение по обзору литературы 52
Глава II. Исследование механизмов регуляции скорости утилизации нитрита клетками E. coli 53
2.1. Методы расчета и анализа. 53
2.2. Базовая модель утилизации нитрита клетками E. coli (М1). 55
2.2.1. Основные принципы базовой модели 55
2.2.2. Вывод скорости утилизации нитрита периплазматической нитритредуктазой Nrf . 58
2.2.3. Вывод скорости утилизации нитрита цитоплазматической нитритредуктазой NirB 61
2.2.4. Вывод скоростей импорта и экспорта нитрита транспортером NirC 63
2.2.5. Оценка параметров модели М1 .64
2.2.6. Оценка скорости утилизации нитрита нитритредуктазами NrfA и NirB 67
2.2.7. Анализ транспортных потоков нитрита и его утилизации внутри клетки 69
2.2.8. Анализ источников дополнительной нитрит-утилизирующей активности в области низких концентраций субстрата в среде .72
2.2.9. Анализ возможных механизмов, влияющих на активность периплазматической нитритредуктазы 74
2.3. Математическая модель М2 утилизации нитрита клетками E. сoli .78
2.3.1. Подсистема переработки внеклеточного нитрита в аммоний периплазматической формат-зависимой Nrf редуктазой 79
2.3.2. Подсистема импорта внеклеточного нитрита в клетку .80
2.3.3. Подсистема экспорта внутриклеточного нитрита из клетки в хемостат .80
2.3.4. Подистема утилизации внутриклеточного нитрита цитоплазматической НАДН-зависимой NirB редуктазой 81
2.3.5. Подсистема синтеза белков NrfA, NrfB, NirB, NirC и NirD 82
2.3.6. Подсистема секреции субъединиц NrfA и NrfB Nrf нитритредуктазы из цитоплазмы в периплазму .83
2.3.7. Подсистема формирования активной формы NirC транспортера 85
2.3.8. Подсистема формирования активной формы периплазматической Nrf редуктазы .85
2.3.9. Подсистема формирования активной формы цитоплазматической NirB редуктазы .86
2.3.10. Подсистема процессов деградации и разбавления концентрации белков и их комплексов в процессе роста клеток .87
2.3.11. Подсистема протока нитрита через хемостат 87
2.3.12. Модель утилизации нитрита, учитывающая влияние мембранного потенциала на транспорт периплазматических белков NrfA и NrfB .87
2.3.13. Оценка параметров модели .90
2.3.14. Оценка скоростей транспорта и утилизации нитрита .92
2.3.15. Оценка вклада различных механизмов регуляции активности периплазматической Nrf редуктазы в утилизацию нитрита 97
Глава III. Реконструкция молекулярно-генетических механизмов формирования мембранного потенциала в условиях роста клеток E. coli на нитрите .102
3.1. Форматдегидрогеназы в процессах дыхания на нитрите .104
3.2. Сценарии формирования мембранного потенциала на нитрите .105
3.2.1. Сценарий формирования мембранного потенциала с участием форматлиазного комплекса FHL-1 .105
3.2.2. Сценарий формирования мембранного потенциала с участием форматлиазного комплекса FHL-2 108
3.3. Математическая модель формирования мембранного потенциала 110
3.3.1. Математическая модель (М3) формирования мембранного потенциала с участием FHL-1 комплекса 110
3.3.2. Математическая модель (М4) формирования мембранного потенциала с участием FHL-2 комплекса 117
3.3.3. Оценка параметров математических моделей по сценариям 1 и 2 120
3.3.4. Влияние различных механизмов формирования мембранного потенциала на динамику накопления нитрита в хемостате 126
4. Заключение .129
5. Выводы 132
6. Список литературы 134
