Zeitschrift für Physikalische Chemie und Biophysik
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Abstrakt

SARS-CoV-2-Hauptprotease: Ein kinetischer Ansatz

Thierry Rebetez

Hintergrund: In diesem Artikel stelle ich ein neues Modell der Interaktion der Hauptprotease (M ^pro ) des SARS-CoV-2-Virus mit ihrem Substrat vor. Das zur Beschreibung dieses Mechanismus verwendete Reaktionsschema ist eine Erweiterung des bekannten Michaelis-Menten-Modells, das 1913 von Leonor Michaelis und Maud Menten vorgeschlagen wurde. Das hier vorgestellte Modell berücksichtigt, dass ein M ^pro -Enzymmonomer in Gegenwart des Substrats mit einem anderen M ^pro -Monomer interagiert, was zur Bildung eines an ein Substratmolekül gebundenen Enzymdimers führt. Dieser Reaktionsmechanismus ist in der Literatur auch als substratinduzierte Dimerisierung bekannt.

Methoden: Ausgehend von diesem neuen Reaktionsschema leitete ich einen mathematischen Ausdruck ab, der die katalytische Rate des aktiven M- ^Pro -Enzym-Dimers als Funktion der Substratkonzentration beschreibt. Darüber hinaus wollte ich sehen, ob dieses katalytische Verhalten auch in vitro beobachtet wurde . Daher maß ich die katalytische Rate des M- ^Pro -Dimers für verschiedene Substratkonzentrationen. Die Eigenschaften meines Substratkonstrukts waren so, dass ich die katalytische Rate des Enzym-Dimers durch direkte Messung der spektrophotometrischen Absorption des gespaltenen Substrats bei 405 nm bestimmen konnte.

Ergebnisse: Auf dem Diagramm zu dieser Reaktion beobachten wir zu dem Zeitpunkt, an dem die Reaktionsgeschwindigkeit zu sinken beginnt, ein neues Phänomen: Die Enzymmonomere beginnen, sich in der Lösung mit dem überschüssigen Substrat zu „verdünnen“. Die Dimere beginnen zu dissoziieren und binden sich zunehmend als inaktive Monomere statt als aktive Dimere an das Substrat. Daher ist es immer unwahrscheinlicher, dass die Enzymmonomere sich zweimal nacheinander an dasselbe Substratmolekül binden. Außerdem habe ich V _max und SV _max numerisch bestimmt. Außerdem habe ich festgestellt, dass das Maximum der angepassten Kurve nur von der Gesamtenzymkonzentration und nicht von der Substratkonzentration abhängt.

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen eindeutig – innerhalb einer Fehlertoleranz – dass die Gesamtform der experimentellen Kurve der der theoretischen Kurve ähnelt. Diese Erkenntnis könnte neue Türen bei der Entdeckung von Medikamenten öffnen, die sich gegen das M- ^Pro -Enzym des SARS-CoV-2-Virus richten und auf die Hemmung des M ^-Pro -Enzyms durch überschüssiges Substrat wirken.