Enzimas Multi-Substrato

A maioria das enzimas atua em dois ou mais substratos, e sua cinética é mais rica do que no caso de Michaelis-Menten de substrato único. As reações multi-substrato ocorrem por mecanismos distintos, sequenciais ou pingue-pongue, que diferem quanto à necessidade de todos os substratos se ligarem antes que qualquer produto seja liberado. Esses mecanismos podem ser distinguidos pelos padrões que suas equações de taxa de estado estacionário produzem quando a velocidade inicial é estudada em função de cada substrato.

Definition

Uma enzima multi-substrato catalisa uma reação envolvendo dois ou mais substratos (e produtos); seu mecanismo cinético especifica a ordem em que os substratos se ligam e os produtos são liberados, classificados principalmente como sequenciais (todos os substratos se ligam antes que qualquer produto seja liberado) ou pingue-pongue (um produto é liberado entre os eventos de ligação do substrato, via uma enzima modificada).

Scope

O tópico abrange a classificação dos mecanismos multi-substrato (especialmente bissubstrato) em tipos sequenciais ordenados, sequenciais aleatórios e pingue-pongue, as equações de taxa de estado estacionário e os padrões gráficos usados para distingui-los, e a nomenclatura sistemática introduzida para esse fim. É uma metodologia de referência, não uma orientação clínica.

Core questions

• Em que ordem os substratos se ligam e os produtos se dissociam?
• Como os mecanismos sequenciais e pingue-pongue diferem cineticamente?
• Como esses mecanismos são distinguidos a partir de dados de velocidade inicial?
• O que as inclinações e interceptos dos gráficos duplamente recíprocos revelam?

Key concepts

• Mecanismos sequenciais (complexo ternário)
• Ligação ordenada versus aleatória
• Mecanismos pingue-pongue (duplo deslocamento)
• Intermediário de enzima substituída
• Padrões duplamente recíprocos de velocidade inicial
• Nomenclatura de Cleland (Uni, Bi, Ter)

Key theories

Classificação de Cleland dos mecanismos multi-substrato

Uma nomenclatura sistemática e um conjunto de equações de taxa de estado estacionário que classificam as reações pelo número de substratos e produtos e pela ordem de ligação, distinguindo mecanismos sequenciais ordenados e aleatórios de mecanismos pingue-pongue.

Mechanisms

Em mecanismos sequenciais, todos os substratos se ligam para formar um complexo central antes que qualquer produto seja liberado; a ligação pode ser ordenada, com uma sequência definida, ou aleatória. Em mecanismos pingue-pongue, um ou mais produtos são liberados antes que todos os substratos tenham se ligado, e a enzima cicla através de uma forma covalentemente ou de outra forma modificada entre as meias-reações. Esses mecanismos são diagnosticados cineticamente medindo a velocidade inicial à medida que um substrato é variado em várias concentrações fixas do outro: mecanismos sequenciais tipicamente produzem famílias de linhas que se cruzam em gráficos duplamente recíprocos, enquanto mecanismos pingue-pongue produzem linhas paralelas, porque nestes últimos os dois substratos interagem com diferentes formas enzimáticas. Uma nomenclatura sistemática descreve o número de substratos e produtos (Uni, Bi, Ter) e a ordem de ligação, e as equações de taxa de estado estacionário correspondentes permitem que constantes cinéticas sejam atribuídas a etapas específicas.

Clinical relevance

O mecanismo de uma enzima multi-substrato molda como seus inibidores se comportam em relação a cada substrato, o que é um pano de fundo relevante para a farmacologia de medicamentos direcionados a enzimas e para a interpretação de ensaios enzimáticos. O tópico descreve esses mecanismos e suas assinaturas cinéticas como material de referência e não é uma base para decisões individuais de diagnóstico ou tratamento.

History

Embora as enzimas que atuam em múltiplos substratos fossem reconhecidas há muito tempo, um tratamento cinético unificado surgiu com a série de Cleland de 1963, que introduziu uma nomenclatura sistemática e as equações de taxa de estado estacionário que permitiram que os padrões de velocidade inicial identificassem mecanismos ordenados, aleatórios e pingue-pongue. Tratamentos abrangentes em livros didáticos, como o de Segel, consolidaram posteriormente os métodos analíticos.

Key figures

• W. Wallace Cleland
• Irwin Segel
• Alan Fersht

Seminal works

• cleland-1963

Frequently asked questions

Como se pode distinguir um mecanismo sequencial de um mecanismo pingue-pongue?

Pelo padrão dos gráficos duplamente recíprocos: variar um substrato em várias concentrações fixas do outro geralmente resulta em linhas que se cruzam para mecanismos sequenciais e linhas paralelas para mecanismos pingue-pongue.

O que é um mecanismo pingue-pongue?

É um mecanismo de duplo deslocamento no qual a enzima reage com um substrato e libera um produto, deixando uma forma enzimática modificada, antes de ligar o próximo substrato e completar a reação.