Enzyme đa cơ chất

Hầu hết các enzyme tác động lên hai hoặc nhiều cơ chất, và động học của chúng phong phú hơn trường hợp Michaelis-Menten một cơ chất. Các phản ứng đa cơ chất diễn ra theo các cơ chế riêng biệt, tuần tự hoặc ping-pong, khác nhau ở chỗ liệu tất cả các cơ chất có phải liên kết trước khi bất kỳ sản phẩm nào được giải phóng hay không. Các cơ chế này có thể được phân biệt bằng các mô hình mà phương trình tốc độ trạng thái ổn định của chúng tạo ra khi vận tốc ban đầu được nghiên cứu như một hàm của từng cơ chất.

Definition

Một enzyme đa cơ chất xúc tác một phản ứng liên quan đến hai hoặc nhiều cơ chất (và sản phẩm); cơ chế động học của nó chỉ rõ thứ tự mà các cơ chất liên kết và các sản phẩm rời đi, được phân loại chủ yếu là tuần tự (tất cả các cơ chất liên kết trước khi bất kỳ sản phẩm nào được giải phóng) hoặc ping-pong (một sản phẩm được giải phóng giữa các sự kiện liên kết cơ chất, thông qua một enzyme đã biến đổi).

Scope

Chủ đề này bao gồm việc phân loại các cơ chế đa cơ chất (đặc biệt là hai cơ chất) thành các loại tuần tự có thứ tự, tuần tự ngẫu nhiên và ping-pong, các phương trình tốc độ trạng thái ổn định và các mô hình đồ thị được sử dụng để phân biệt chúng, và danh pháp hệ thống được giới thiệu cho mục đích này. Đây là tài liệu tham khảo về phương pháp luận, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các cơ chất liên kết và sản phẩm phân ly theo thứ tự nào?
• Các cơ chế tuần tự và ping-pong khác nhau về động học như thế nào?
• Các cơ chế này được phân biệt như thế nào từ dữ liệu vận tốc ban đầu?
• Độ dốc và điểm cắt của biểu đồ nghịch đảo kép tiết lộ điều gì?

Key concepts

• Cơ chế tuần tự (phức hợp ba)
• Liên kết có thứ tự so với ngẫu nhiên
• Cơ chế ping-pong (chuyển vị kép)
• Chất trung gian enzyme thay thế
• Các mô hình nghịch đảo kép vận tốc ban đầu
• Danh pháp Cleland (Uni, Bi, Ter)

Key theories

Phân loại cơ chế đa cơ chất của Cleland

Một danh pháp hệ thống và tập hợp các phương trình tốc độ trạng thái ổn định phân loại các phản ứng theo số lượng cơ chất và sản phẩm và theo thứ tự liên kết, phân biệt các cơ chế tuần tự có thứ tự và ngẫu nhiên với các cơ chế ping-pong.

Mechanisms

Trong các cơ chế tuần tự, tất cả các cơ chất liên kết để tạo thành một phức hợp trung tâm trước khi bất kỳ sản phẩm nào được giải phóng; sự liên kết có thể có thứ tự, với một trình tự xác định, hoặc ngẫu nhiên. Trong các cơ chế ping-pong, một hoặc nhiều sản phẩm được giải phóng trước khi tất cả các cơ chất đã liên kết, và enzyme trải qua một dạng biến đổi cộng hóa trị hoặc biến đổi khác giữa các nửa phản ứng. Các cơ chế này được chẩn đoán động học bằng cách đo vận tốc ban đầu khi một cơ chất được thay đổi ở một số nồng độ cố định của cơ chất kia: các cơ chế tuần tự thường tạo ra các họ đường giao nhau trên biểu đồ nghịch đảo kép, trong khi các cơ chế ping-pong tạo ra các đường song song, bởi vì trong trường hợp sau, hai cơ chất tương tác với các dạng enzyme khác nhau. Một danh pháp hệ thống mô tả số lượng cơ chất và sản phẩm (Uni, Bi, Ter) và thứ tự liên kết, và các phương trình tốc độ trạng thái ổn định tương ứng cho phép gán các hằng số động học cho các bước cụ thể.

Clinical relevance

Cơ chế của một enzyme đa cơ chất định hình cách các chất ức chế của nó hoạt động đối với từng cơ chất, đây là nền tảng liên quan đến dược lý của các loại thuốc nhắm mục tiêu enzyme và để giải thích các xét nghiệm enzyme. Chủ đề này mô tả các cơ chế này và các dấu hiệu động học của chúng như tài liệu tham khảo và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Mặc dù các enzyme tác động lên nhiều cơ chất đã được công nhận từ lâu, một phương pháp xử lý động học thống nhất đã xuất hiện với loạt bài của Cleland năm 1963, giới thiệu một danh pháp hệ thống và các phương trình tốc độ trạng thái ổn định cho phép các mô hình vận tốc ban đầu xác định các cơ chế có thứ tự, ngẫu nhiên và ping-pong. Các tài liệu giáo khoa toàn diện như của Segel sau này đã củng cố các phương pháp phân tích.

Key figures

• W. Wallace Cleland
• Irwin Segel
• Alan Fersht

Seminal works

• cleland-1963

Frequently asked questions

Làm thế nào để phân biệt cơ chế tuần tự với cơ chế ping-pong?

Bằng mô hình của biểu đồ nghịch đảo kép: thay đổi một cơ chất ở một số nồng độ cố định của cơ chất kia thường cho các đường giao nhau đối với cơ chế tuần tự và các đường song song đối với cơ chế ping-pong.

Cơ chế ping-pong là gì?

Đó là một cơ chế chuyển vị kép trong đó enzyme phản ứng với một cơ chất và giải phóng một sản phẩm, để lại một dạng enzyme đã biến đổi, trước khi liên kết với cơ chất tiếp theo và hoàn thành phản ứng.