Мультисубстратные ферменты

Большинство ферментов действуют на два или более субстрата, и их кинетика богаче, чем в случае Михаэлиса-Ментен с одним субстратом. Мультисубстратные реакции протекают по различным механизмам — последовательному или пинг-понг, которые отличаются тем, должны ли все субстраты связываться до высвобождения какого-либо продукта. Эти механизмы можно различить по характеру их уравнений скорости в стационарном состоянии при изучении начальной скорости как функции каждого субстрата.

Definition

Мультисубстратный фермент катализирует реакцию, включающую два или более субстрата (и продукта); его кинетический механизм определяет порядок, в котором субстраты связываются и продукты покидают фермент, классифицируемый главным образом как последовательный (все субстраты связываются до высвобождения какого-либо продукта) или пинг-понг (продукт высвобождается между событиями связывания субстратов через модифицированный фермент).

Scope

Тема охватывает классификацию мультисубстратных (особенно бисубстратных) механизмов на упорядоченный последовательный, случайный последовательный и пинг-понг типы, уравнения скорости в стационарном состоянии и графические паттерны, используемые для их различения, а также систематическую номенклатуру, введенную для этой цели. Это справочная методология, а не клиническое руководство.

Core questions

• В каком порядке связываются субстраты и диссоциируют продукты?
• Чем кинетически отличаются последовательные и пинг-понг механизмы?
• Как эти механизмы различаются по данным начальной скорости?
• Что показывают наклоны и точки пересечения двойных обратных графиков?

Key concepts

• Последовательные (трехкомпонентные) механизмы
• Упорядоченное против случайного связывания
• Пинг-понг (двойное замещение) механизмы
• Замещенный ферментный интермедиат
• Паттерны двойных обратных графиков начальной скорости
• Номенклатура Клеланда (Uni, Bi, Ter)

Key theories

Классификация мультисубстратных механизмов по Клеланду

Систематическая номенклатура и набор уравнений скорости в стационарном состоянии, которые классифицируют реакции по количеству субстратов и продуктов и по порядку связывания, различая упорядоченные и случайные последовательные механизмы от пинг-понг механизмов.

Mechanisms

В последовательных механизмах все субстраты связываются, образуя центральный комплекс, прежде чем какой-либо продукт будет высвобожден; связывание может быть упорядоченным, с определенной последовательностью, или случайным. В механизмах пинг-понг один или несколько продуктов высвобождаются до того, как все субстраты свяжутся, и фермент проходит через ковалентно или иным образом модифицированную форму между полуреакциями. Эти механизмы диагностируются кинетически путем измерения начальной скорости при варьировании одного субстрата при нескольких фиксированных концентрациях другого: последовательные механизмы обычно дают семейства пересекающихся линий на двойных обратных графиках, тогда как механизмы пинг-понг дают параллельные линии, поскольку в последних два субстрата взаимодействуют с различными формами фермента. Систематическая номенклатура описывает количество субстратов и продуктов (Uni, Bi, Ter) и порядок связывания, а соответствующие уравнения скорости в стационарном состоянии позволяют присваивать кинетические константы конкретным стадиям.

Clinical relevance

Механизм мультисубстратного фермента определяет, как его ингибиторы ведут себя по отношению к каждому субстрату, что является важной основой для фармакологии лекарств, нацеленных на ферменты, и для интерпретации ферментных анализов. Тема описывает эти механизмы и их кинетические особенности в качестве справочного материала и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

History

Хотя ферменты, действующие на несколько субстратов, были давно известны, единый кинетический подход появился с серией работ Клеланда 1963 года, которая ввела систематическую номенклатуру и уравнения скорости в стационарном состоянии, позволяющие по паттернам начальной скорости идентифицировать упорядоченные, случайные и пинг-понг механизмы. Комплексные учебные пособия, такие как более поздние работы Сегела, консолидировали аналитические методы.

Key figures

• W. Wallace Cleland
• Irwin Segel
• Alan Fersht

Seminal works

• cleland-1963

Frequently asked questions

Как отличить последовательный механизм от пинг-понг механизма?

По паттерну двойных обратных графиков: варьирование одного субстрата при нескольких фиксированных концентрациях другого обычно дает пересекающиеся линии для последовательных механизмов и параллельные линии для пинг-понг механизмов.

Что такое пинг-понг механизм?

Это механизм двойного замещения, при котором фермент реагирует с одним субстратом и высвобождает продукт, оставляя модифицированную форму фермента, прежде чем связать следующий субстрат и завершить реакцию.