ハロバクテリウム・サリナラムにおける呼吸のモデル構築と解析

Model Construction and Analysis of Respiration in Halobacterium salinarum.

• Cherryl O Talaue
• Ricardo C H del Rosario
• Friedhelm Pfeiffer
• Eduardo R Mendoza
• Dieter Oesterhelt

抄録

古細菌ハロバクテリウム・サリナラムは、光合成、酸化的リン酸化、アルギニン発酵の3つの異なるプロセスを用いてエネルギーを生産することができ、生物エネルギー学のモデル生物である。バクテリオロドプシン駆動の光合成に比べ、呼吸経路のモデル化はあまり注目されていませんでした。我々は、その酸化的リン酸化をモデル化する常微分方程式系を構築した。このモデルは、電子輸送鎖、ATP合成酵素、カリウム・ユニポート、ナトリウム・プロトン・アンチポートから構成されています。モデルパラメータを実験データに適合させることで、プロトン運動力の発生,ATP生成,ナトリウム-プロトンアンチポーターとカリウムユニポート間のイオンの電荷バランスのデータを説明できることを示した。モデルのパラメータの感度解析を行い、パラメータ値の摂動に対してモデルがどのように反応するかを決定した。本研究で得られたモデルとパラメータは、H. salinarumの生物エネルギーの解析的研究に利用できるリソースを提供するものである。

The archaeon Halobacterium salinarum can produce energy using three different processes, namely photosynthesis, oxidative phosphorylation and fermentation of arginine, and is thus a model organism in bioenergetics. Compared to its bacteriorhodopsin-driven photosynthesis, less attention has been devoted to modeling its respiratory pathway. We created a system of ordinary differential equations that models its oxidative phosphorylation. The model consists of the electron transport chain, the ATP synthase, the potassium uniport and the sodium-proton antiport. By fitting the model parameters to experimental data, we show that the model can explain data on proton motive force generation, ATP production, and the charge balancing of ions between the sodium-proton antiporter and the potassium uniport. We performed sensitivity analysis of the model parameters to determine how the model will respond to perturbations in parameter values. The model and the parameters we derived provide a resource that can be used for analytical studies of the bioenergetics of H. salinarum.