Alterações de pH após adição de pulsos de glucose a Saccharomyces cerevisiae: estimativa de parâmetros a partir da modelação matemática do comportamento cinéticometabólico

Dissertação para a obtenção do grau de mestre em Bioquímica Estrutural e Funcional

As leveduras são microorganismos muito utilizados nas mais variadas indústrias e como modelos celulares em estudos biológicos e de genética molecular, razão pela qual é importante conhecer a fundo o seu comportamento e metabolismo. Assim, foi estudado o comportamento de uma estirpe de S. cerevisiae em condições anaeróbias, após adição de um pulso de glucose. O efeito resultante foi abordado experimentalmente e por modelação matemática e simulação numérica, de modo a caracterizar os sistemas de transporte envolvidos (glucose e protão), de metabolismo (constantes da glicólise) e das propriedades ácido base da membrana (pKs). A caracterização do sistema foi feita pelo assentamento das curvas teóricas (modelo matemático) aos dados experimentais obtidos, o que permitiu a estimativa de parâmetros. A nível experimental, mediram-se variações de pH extra- e intracelular, variações da concentração extracelular de glucose e potássio, o potencial de membrana e as propriedades ácidobase da membrana. De forma complementar, a nível de modelação matemática e simulação numérica, considerou-se que os fluxos de entrada de glucose (por uniporte) e saída de protões (pela ATPase-H) seguiam uma cinética Michaeliana. O fluxo de entrada de protões movidos pela força protomotriz foi descrito pela equação de fluxo de Goldman. As variações de potencial de membrana tiveram em conta as variações dos potenciais de equilíbrio do protão, do potássio e a electrogeneicidade dos restantes sistemas de transporte. Foram contabilizados no modelo as propriedades ácido base da membrana assim como as variações das concentrações intracelulares dos vários metabolitos, do ATP e do protão. A abordagem escolhida na modelação matemática considerou diversas hipóteses restritivas. A abordagem quantitativa utilizada permitiu uma visão dinâmica geral dos processos de transporte e metabolismo envolvidos, revelando a complexidade dos fenómenos e sua inter-relação. Este tipo de modelos com carácter preditivo são ainda uma ferramenta essencial para a integração de informação dispersa na literatura e para o desenho de protocolos experimentais específicos pois permitem levantar questões só evidenciadas pela sua aplicação.