Computational model for membrane transporters. Potential implications for cancer.

Abstract

Para explicar el aumento del transporte de nutrientes y metabolitos y para controlar el movimiento de moléculas de fármacos a través de los transportadores a las células cancerosas, es importante comprender el mecanismo exacto de su estructura y actividad, así como sus características biológicas y físicas. Proponemos un modelo computacional que reproduce la funcionalidad de los transportadores de membrana cuantificando el flujo de sustratos a través de la membrana celular. El modelo identifica la fuerza inducida por cambios conformacionales del transportador debido a la hidrólisis de ATP, en transportadores ABC, o por un gradiente electroquímico de iones, en transportadores secundarios. La tasa de transporte se calcula promediando la velocidad generada por la fuerza a lo largo de las rutas seguidas por los sustratos. Los resultados obtenidos concuerdan con los experimentos. El modelo proporciona un marco general para analizar las proteínas de transporte de membrana que regulan los flujos de iones, nutrientes y otras moléculas a través de las membranas celulares, y sus actividades.

To explain the increased transport of nutrients and metabolites and to control the movement of drug molecules through the transporters to the cancer cells, it is important to understand the exact mechanism of their structure and activity, as well as their biological and physical characteristics. We propose a computational model that reproduces the functionality of membrane transporters by quantifying the flow of substrates through the cell membrane. The model identifies the force induced by conformational changes of the transporter due to hydrolysis of ATP, in ABC transporters, or by an electrochemical gradient of ions, in secondary transporters. The transport rate is computed by averaging the velocity generated by the force along the paths followed by the substrates. The results obtained are in accordance with the experiments. The model provides an overall framework for analyzing the membrane transport proteins that regulate the flows of ions, nutrients and other molecules across the cell membranes, and their activities.

Para explicar o aumento do transporte de nutrientes e metabólitos e controlar o movimento de moléculas de fármacos através dos transportadores para as células cancerígenas, é importante compreender o mecanismo exato de sua estrutura e atividade, bem como suas características biológicas e físicas. Propomos um modelo computacional que reproduz a funcionalidade dos transportadores de membrana quantificando o fluxo de substratos através da membrana celular. O modelo identifica a força induzida por mudanças conformacionais do transportador devido à hidrólise de ATP, em transportadores ABC, ou por um gradiente eletroquímico de íons, em transportadores secundários. A taxa de transporte é calculada pela média da velocidade gerada pela força ao longo dos caminhos seguidos pelos substratos. Os resultados obtidos estão de acordo com os experimentos. O modelo fornece uma estrutura geral para analisar as proteínas de transporte de membrana que regulam os fluxos de íons, nutrientes e outras moléculas através das membranas celulares, e suas atividades.