Молекулярный насос, управляемый флуктуациями электрического поля

Abstract

Рассматривается транспорт частиц через биологические мембраны, управляемый флуктуациями электрического поля. В качестве модели считается, что частицы переносятся по каналам мембраны, конформации которых чувствительны к воздействию внешнего электрического поля. Флуктуации электрического поля, вызывающие конформационные изменения канала, в сочетании с процессами захвата частиц из раствора по одну сторону мембраны и их освобождения по другую сторону вызывают циркулирующий поток, который определяет скорость работы молекулярного насоса. Рассчитаны зависимости потока от частоты и амплитуды приложенного поля для произвольных значений констант скоростей переходов между состояниями системы. Показано, что наибольший поток реализуется в частотном интервале между характерными частотами захвата/освобождения частиц и конформационных изменений канала. Обсуждается эффективность преобразования энергии электрического поля в энергию направленного транспорта частиц через мембрану против градиента концентраций.

Transport of particles through biological membranes, guided by fluctuations of the electric field, is examined. A model is considered supposing the particles to be carried along the channels of a membrane, which conformations are sensitive to the influence of the external electric field. Fluctuations of the electric field causing the conformation changes of the channel, combined with the processes of capture of the particles from solution on one side of the membrane and their liberation on the other side of it, cause a circulatory current which determines the functioning rate of the molecular pump. For the arbitrary values of rate constants of transitions between the states of the system, dependences of the current on the frequency and the amplitude of the applied field are calculated. It is shown that the maximum current will be realized in a frequency interval between characteristic frequencies of capture/liberation of particles and conformation changes of channel. Efficiency of transformation of the electric field energy into the energy of the unidirectional transport of particles through a membrane against the gradient of concentrations is discussed.