Çoklu Substrat Enzimleri
Çoğu enzim iki veya daha fazla substrat üzerinde etki etmektedir ve kinetikleri, tek-substratlı Michaelis-Menten durumundan daha zengindir. Çoklu-substrat reaksiyonları, sıralı (sequential) veya ping-pong gibi farklı mekanizmalarla ilerlemektedir; bu mekanizmalar, herhangi bir ürün salınmadan önce tüm substratların bağlanıp bağlanmaması açısından farklılık göstermektedir. Bu mekanizmalar, başlangıç hızı her bir substratın bir fonksiyonu olarak incelendiğinde, kararlı durum hız denklemlerinin ürettiği desenler aracılığıyla ayırt edilebilmektedir.
Tanım
Çoklu-substratlı bir enzim, iki veya daha fazla substrat (ve ürün) içeren bir reaksiyonu katalize etmektedir; kinetik mekanizması, substratların bağlanma ve ürünlerin ayrılma sırasını belirlemektedir ve başlıca sıralı (sequential) (tüm substratlar herhangi bir ürün salınmadan önce bağlanır) veya ping-pong (bir ürün, substrat bağlanma olayları arasında, modifiye edilmiş bir enzim aracılığıyla salınır) olarak sınıflandırılmaktadır.
Kapsam
Bu konu, çoklu-substrat (özellikle çift-substratlı) mekanizmaların düzenli sıralı (ordered sequential), rastgele sıralı (random sequential) ve ping-pong tipleri olarak sınıflandırılmasını, bunları ayırt etmek için kullanılan kararlı durum hız denklemlerini ve grafiksel desenleri ve bu amaçla tanıtılan sistematik isimlendirmeyi kapsamaktadır. Bu, referans niteliğinde bir metodolojidir, klinik bir rehberlik değildir.
Temel sorular
- Substratlar hangi sırayla bağlanır ve ürünler ayrışır?
- Sıralı ve ping-pong mekanizmaları kinetik olarak nasıl farklılık gösterir?
- Bu mekanizmalar başlangıç hızı verilerinden nasıl ayırt edilir?
- Çift-ters grafiklerin eğimleri ve kesişim noktaları neyi ortaya koyar?
Anahtar kavramlar
- Sıralı (üçlü-kompleks) mekanizmalar
- Düzenli ve rastgele bağlanma
- Ping-pong (çift-yer değiştirme) mekanizmaları
- Sübstitüe-enzim ara ürünü
- Başlangıç hızı çift-ters desenleri
- Cleland isimlendirmesi (Uni, Bi, Ter)
Temel kuramlar
- Cleland'ın çoklu-substrat mekanizmaları sınıflandırması
- Reaksiyonları substrat ve ürün sayısına ve bağlanma sırasına göre sınıflandıran, düzenli ve rastgele sıralı mekanizmaları ping-pong mekanizmalarından ayıran sistematik bir isimlendirme ve kararlı durum hız denklemleri kümesi.
Mekanizmalar
Sıralı mekanizmalarda, herhangi bir ürün salınmadan önce tüm substratlar bağlanarak merkezi bir kompleks oluşturmaktadır; bağlanma, belirli bir sıra ile düzenli (ordered) veya rastgele (random) olabilmektedir. Ping-pong mekanizmalarında, tüm substratlar bağlanmadan önce bir veya daha fazla ürün salınmaktadır ve enzim, yarı-reaksiyonlar arasında kovalent olarak veya başka bir şekilde modifiye edilmiş bir form aracılığıyla döngü yapmaktadır. Bu mekanizmalar, bir substratın konsantrasyonu değiştirilirken diğerinin sabit birkaç konsantrasyonunda başlangıç hızının ölçülmesiyle kinetik olarak teşhis edilmektedir: sıralı mekanizmalar genellikle çift-ters grafiklerde (double-reciprocal plots) kesişen çizgiler aileleri vermektedir, oysa ping-pong mekanizmaları paralel çizgiler vermektedir, çünkü ikincisinde iki substrat farklı enzim formlarıyla etkileşime girmektedir. Sistematik bir isimlendirme, substrat ve ürün sayısını (Uni, Bi, Ter) ve bağlanma sırasını tanımlamaktadır ve ilgili kararlı durum hız denklemleri, kinetik sabitlerin belirli adımlara atanmasına olanak tanımaktadır.
Klinik önem
Çoklu-substratlı bir enzimin mekanizması, inhibitörlerinin her bir substrata göre nasıl davrandığını şekillendirmektedir; bu durum, enzim hedefli ilaçların farmakolojisi ve enzim testlerinin yorumlanması için ilgili bir arka plan oluşturmaktadır. Bu konu, bu mekanizmaları ve kinetik imzalarını referans materyali olarak tanımlamaktadır ve bireysel tanı veya tedavi kararları için bir temel teşkil etmemektedir.
Tarihçe
Çoklu substratlar üzerinde etki eden enzimler uzun süredir bilinmekle birlikte, Cleland'ın 1963'teki çalışmalarıyla birleşik bir kinetik yaklaşım ortaya çıkmıştır; bu çalışmalar, sistematik bir isimlendirme ve başlangıç hızı desenlerinin sıralı, rastgele ve ping-pong mekanizmalarını tanımlamasını sağlayan kararlı durum hız denklemlerini tanıtmıştır. Segel'in daha sonraki kapsamlı ders kitabı çalışmaları gibi kaynaklar, analitik yöntemleri pekiştirmiştir.
Öne çıkan isimler
- W. Wallace Cleland
- Irwin Segel
- Alan Fersht
İlgili konular
Temel eserler
- cleland-1963
Sıkça sorulan sorular
- Sıralı bir mekanizmayı ping-pong mekanizmasından nasıl ayırt edebilirsiniz?
- Çift-ters grafiklerin desenine göre: bir substratın konsantrasyonu değiştirilirken diğerinin sabit birkaç konsantrasyonunda yapılan ölçümlerde, sıralı mekanizmalar için genellikle kesişen çizgiler, ping-pong mekanizmaları için ise paralel çizgiler elde edilmektedir.
- Ping-pong mekanizması nedir?
- Bu, enzimin bir substratla reaksiyona girip bir ürün saldığı, modifiye edilmiş bir enzim formu bıraktığı ve ardından bir sonraki substratı bağlayarak reaksiyonu tamamladığı bir çift-yer değiştirme mekanizmasıdır.