计算机模拟叶绿体中的跨膜质子转移：类囊体腔、基质和胞质溶胶的 pH 稳态

本文描述的研究基于光合作用光反应阶段的数学模型，该模型考虑了叶绿体中的电子和质子传递过程。研究考察了光反应中心 PS I (P)、PS II (P) 及其他电子传递链载体——铁氧还蛋白 (Fd)、质体醌 (PQ) 和质体蓝素 (Pc) 的氧化还原转化，以及与电子传递和膜 ATP 合成酶合成 ATP 相关的跨膜质子传递。模拟结果与不同胞质溶胶 pH 值 (pH) 下叶绿体类囊体腔 (pH) 和基质 (pH) 中 pH 测量的文献数据吻合良好。在光合磷酸化条件下叶绿体受光照时，这些区室中建立的稳态 pH 值满足以下不等式：pH ≈ 6.2–6.4 pH ≈ 7.2–7.4 pH ≈ 7.8–8.0。pHcyt 模型参数的变化会影响不同电子传递途径承载的电子流，例如从 PS II 到 PS I 并进一步进入 Calvin–Benson 循环的非环式电子传递、围绕 PS I 的环式电子传递，以及涉及分子氧的假环式电子传递（“水-水”循环）。研究还表明，胞质溶胶充分强度的酸化 (pH 7) 会减少来自 PS I 受体侧的电子流出（非环式和假环式电子传递），并刺激围绕 PS I 的环式电子传递，同时还会降低 pH 依赖性 ATP 合成的速率。