Zeitschrift für Proteomik und Bioinformatik
Offener Zugang

Abstrakt

Enzymkatalyse und der Ausgang biochemischer Reaktionen

Piotr Milanowski, Thomas J. Carter und Georg F. Weber

Die Untersuchung der Enzymkatalyse beruhte traditionell auf den von Henri, Michaelis und Menten definierten Bedingungen des schnellen Gleichgewichts. Die von Briggs und Haldane abgeleiteten allgemeinen Geschwindigkeitsgleichungen ermöglichten schrittweise Fortschritte, indem sie nahezu stationäre Zustände für den Enzym-Substrat-Komplex annahmen. In situ können Enzyme jedoch weit vom Gleichgewicht entfernt arbeiten, sodass die idealisierenden Annahmen der traditionellen Enzymkinetik nicht zutreffen und das Enzym aktiv an der Bestimmung des Ergebnisses einer Reaktion beteiligt wird. Wir verwendeten eine Computermodellierung einer enzymkatalysierten Reaktion mit Substrataktivierung, um die Auswirkungen der Geschwindigkeitskonstanten auf die Produktproduktion pro Zeiteinheit zu bewerten. Die Abbildung des Parameterraums in Bifurkationsdiagrammen zeigte Instabilitätsbereiche, denen unterschiedliche stabile Zustände vorausgingen und denen sie folgten. Um zu testen, ob dieses Phänomen bei Enzymen ohne Substrataktivierung auftreten kann, analysierten wir auch die gewöhnlichen Differentialgleichungen, die die allgemeine Enzymkatalyse beschreiben. Wir fanden stabile Reaktionen und Grenzzyklen auf rhythmische Substratzufuhr, aber kein Chaos. Wir haben anhand theoretischer Berechnungen und Experimente bestätigt, dass bei sich gabelnden Reaktionen (die in situ häufig vorkommen) die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Enzyms in einem Arm das Gleichgewicht verschiebt. Diese Ergebnisse widerlegen das Paradigma, dass Enzyme die Gleichgewichtsbildung bei chemischen Reaktionen beschleunigen, ohne das Reaktionsergebnis zu beeinflussen.