Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу
В мінімальній кінетичній схемі з двома конформаційними станами фермент-субстратного комплексу з різною каталітичною активністю показано, що зворотний процес від’єднання субстрату від комплексу не завжди відіграє інгібіторну роль. Навпаки, збільшення константи швидкості від’єднання в певних межах...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2019 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150466 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу / Л.М. Христофоров // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 1. — С. 40-46. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859825051343257600 |
|---|---|
| author | Христофоров, Л.М. |
| author_facet | Христофоров, Л.М. |
| citation_txt | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу / Л.М. Христофоров // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 1. — С. 40-46. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | В мінімальній кінетичній схемі з двома конформаційними станами фермент-субстратного комплексу з
різною каталітичною активністю показано, що зворотний процес від’єднання субстрату від комплексу не
завжди відіграє інгібіторну роль. Навпаки, збільшення константи швидкості від’єднання в певних межах
може лише прискорювати оберт ферменту. Визначені концентрації субстрату необхідні для уможливлення такого ефекту. Висновки однаково придатні для аналізу даних експериментів в ансамблі чи на поодиноких ферментах.
В минимальной кинетической схеме с двумя конформационными состояниями фермент-субстратного комплекса с разной каталитической активностью показано, что обратный процесс отсоединения субстрата от
комплекса не всегда играет ингибиторную роль. Наоборот, увеличение константы скорости отсоединения
в определенных пределах может лишь ускорять оборот фермента. Определены концентрации субстрата,
необходимые для возможности такого эффекта. Выводы одинаково пригодны для анализа данных экспериментов в ансамбле или на одиночных ферментах.
In a minimal kinetic scheme with two conformational states of the enzyme-substrate complex, which differ in
their catalytic activity, it is shown that the backward process of substrate unbinding does not always play an inhibitory
role. On the contrary, increasing the unbinding rate constant up to certain values can only accelerate
the enzyme turnover. Substrate concentration values necessary for making this effect possible are determined.
The conclusions are equally applicable to the analysis of either ensemble or single-enzyme experimental data.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:28:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
40 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 1
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
1. Схема Міхаеліса—Ментен лежить в основі теорії і практики ферментативного каталізу
вже понад сто років [1—4]. У своєму найвідомішому вигляді вона описує реакцію перетво-
рення ферментом Е субстрата S на продукт Р за посередництвом утворення фермент-
субстратного комплексу ES відповідно до рівняння
S c
b
k k
k
E S ES E P⎯⎯→+ ⎯⎯→ +←⎯⎯ , (1)
де Sk — константа швидкості реакції зв’язування субстрату псевдопершого порядку, про-
порційна концентрації субстрату [S], так що 1[ ]Sk k S= , а bk — така для зворотної реакції
від’єднання субстрату, тоді як ck — для власне каталітичного акту перетворення суб страту
на продукт.
Предметом першочергового інтересу зазвичай є швидкість ферментативної реакції
[ ]cv k ES= . Стосовно схеми (1) стандартна хімічна кінетика диктує, зокрема, таке рівняння:
1
[ ]
[ ][ ] ( )[ ]b c
d ES
k S E k k ES
dt
= − + , (2)
© Л.М. Христофоров, 2019
doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.01.040
УДК 539.199+577.151.45
Л.М. Христофоров
Інститут теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України, Київ
E-mail: lchrist@bitp.kiev.ua
Вплив від’єднання субстрату
на кінетику ферментативного каталізу
Представлено академіком НАН України А.Г. Загороднім
В мінімальній кінетичній схемі з двома конформаційними станами фермент-субстратного комплексу з
різною каталітичною активністю показано, що зворотний процес від’єднання субстрату від комплексу не
завжди відіграє інгібіторну роль. Навпаки, збільшення константи швидкості від’єднання в певних межах
може лише прискорювати оберт ферменту. Визначені концентрації субстрату необхідні для уможлив-
лення такого ефекту. Висновки однаково придатні для аналізу даних експериментів в ансамблі чи на пооди-
ноких ферментах.
Ключові слова: поодинокі макромолекули; фермент-субстратна взаємодія; конформаційні стани; швид-
кість ферментативної реакції.
ФІЗИКА
41ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 1
Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу
звідси для стаціонарної швидкості (за підтримки сталої концентрації субстрату [S]) одразу
випливає
[ ][ ]
[ ]
c t
M
k E S
v
S K
=
+
,
де [ ] [ ] [ ]tE E ES= + — повна концентрація ферменту, а 1( ) /M b cK k k k= + — константа Мі ха е-
ліса. Гіперболічна залежність (3) швидкості реакції від концентрації субстрату є головним
результатом застосування схеми (1) і первинним тестом в дослідженнях кінетики фер-
ментів. Що ж до залежності v від константи швидкості від’єднання bk , то вона вважалася
очевидною. Дійсно, зі збільшенням ймовірності непродуктивної дисоціації комплексу
ES E S→ + загальна швидкість реакції має погіршитися, що й підтверджуєт наведений вище
вираз. Тому за всю столітню історію схеми Міхаеліса—Ментен перевіряти цю залежність не
спадало на думку. Проте виявляється, що вона може бути не такою тривіальною і відбивати
доволі цікавий аспект функціювання ферментів.
2. Ефект, про який піде мова, є певною мірою “стороннім продуктом” намагань пояс-
нити спостережені відхилення залежності швидкостей реакцій деяких ферментів від гіпер-
болічної по [ ]S — обставини першорядного фізіологічного значення. Так звані сігмоїдні за-
лежності ([ ])v S (тобто криві з перегином, які дозволяють значну зміну швидкості у віднос-
но вузькому діапазоні концентрацій) зрештою пов’язали з необхідністю існування принаймні
двох різних конформацій для реакційних станів схем типу (1), а також з наявністю кількох
центрів зв’язування субстрату (олігомерії або алостерії ферменту), як це було зроблено,
наприклад, в класичній роботі [5]. Остання вимога й зумовила назву “кооперативність” для
цієї регуляторної властивості. Пізніше виявилося, що її можуть мати й мономерні ферменти
з одним центром зв’язування — достатньо було припустити існування хоча б двох кон фор-
мацій вільного ферменту з різною спорідненістю до субстрату та повільними флуктуаціями
між ними [6, 7]. Тоді зі збільшенням [S] фермент затримувався здебільшого в “ак тивному”
стані. Кооперативність, що виникає таким чином, назвали кінетичною, або мнемонічною, а
такі ферменти — гістерезисними [8, 9]. Введення ж кількох конформацій комплексу ES з
розкидом швидкості каталізу ck враховує так званий динамічний безлад [10].
Регуляторні властивості ферментів, зумовлені їхньою конформаційною підсистемою,
та відповідні відхилення від стандартних режимів схем типу (1) зараз інтенсивно дослід-
жуються, особливо завдяки розвитку техніки експериментів на поодиноких молекулах
(single-molecule (SM) enzymology) [10—12]. В недавній роботі [13] в цьому напрямі було
зауважено, що процес дисоціації комплексу ES E S→ + не завжди відіграє негативну роль.
На жаль, автори дуже ускладнили розгляд занадто загальним стохастичним аналізом без-
ладу. Між тим, головний ефект можна проілюструвати на елементарній схемі, придатній
для аналізу як в межах стандартної ферментативної кінетики, так і на основі даних SM-
експериментів.
3. Отже, розглянемо наявність безладу, пов’язуючи його, як це зазвичай роблять най-
простішим шляхом, з існуванням двох конформацій комплексу — 1ES та 2ES , з різними
константами швидкості каталітичної стадії Ck та ck відповідно (рис. 1). Стадії ж приєднан-
ня та від’єднання субстрату для простоти вважаються ідентичними.
42 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 1
Л.М. Христофоров
Спершу розглянемо кінетику такої схеми стандарт-
ним чином. Розгалуження на два конформаційних канали
вочевидь замінює рівняння (2) системою
1
1
2
2
1 2
d[ ]
[ ] ( )[ ],
d
[ ]
[ ] ( )[ ],
d
[ ] [ ] [ ] [ ],
S b C
S b c
t
ES
k E k k ES
t
d ES
k E k k ES
t
E ES ES E
⎧ = − +⎪
⎪
⎨ = − +⎪
⎪ + + =⎩
(3)
відповідно, швидкість реакції тепер 1 2[ ] [ ]C cv k ES k ES= + .
В стаціонарному випадку система (3) розв’язується еле-
ментарно, що зумовлює наступний вираз:
[ ][ ( ) 2 ]
(2 ) ( )( )
S t b C c C c
S b C c b c b C
k E k k k k k
v
k k k k k k k k
+ +
=
+ + + + +
. (4)
Одразу зауважимо, що, оскільки 1[ ]Sk k S= , міхаелісівська гіперболічна залежність від
[ ]S зберігається і тут (хоча константа Міхаеліса є складнішою комбінацією констант швид-
костей). Вона взагалі збережеться для будь-яких ускладнень схеми (1) окрім тих, що вво-
дять набір конформацій стану Е вільного ферменту.
Перед подальшим аналізом формули (4) розглянемо ту ж саму схему рис. 1, якщо ре-
акція досліджується на поодинокому ферменті — у спосіб, що набуває зараз домінантного
характеру. В цьому випадку одна й та сама макромолекула ферменту працює в серіальному
режимі перетворення субстрату на продукт послідовно один за одним, і отримані експе-
риментально масиви часів оберту ферменту (до десятків тисяч обертів) піддаються статис-
тичній обробці. Головною характеристикою тут виступає функція розподілу ( )f t часу “пер-
шого проходження” процесу перетворення. Середнє значення цього часу
0
( )t t f t dt
∞
〈 〉 = ∫ , а
обернена величина t1/ 〈 〉 слугує аналогом швидкості реакції [10,11]. Відповідні схемі рис. 1
рівняння тепер формулюються вже не для концентрацій, а для ймовірностей ( )iP t перебу-
вання у станах 1 2{ , , }i E ES ES∈ з початковою умовою (0) 1EP = . Тоді, як неважко зрозуміти,
1 2
( ) ( ) ( )C ES c ESf t k P t k P t= + . (5)
Отже, система рівнянь (3) у випадку функціювання поодинокого ферменту трансфор-
мується в таку:
1 2
1
1
2
2
d
2 ,
d
d
( ) ,
d
d
( ) ,
d
E
S E b ES b ES
ES
S E b C ES
ES
S E b c ES
P
k P k P k P
t
P
k P k k P
t
P
k P k k P
t
⎧ = − + +⎪
⎪
⎪ = − +⎨
⎪
⎪
= − +⎪
⎩
(6)
Рис. 1. Роздвоєна схема Міхаеліса—
Ментен
43ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 1
Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу
оскільки в цій постановці відсутня умова норму-
вання, і всі ( ) 0iP t → при t →∞ . Початковими
умовами є
1 2
(0) 1, (0) (0) 0E ES ESP P P= = = .
Система (6) легко розв’язується застосуванням
лаплас-перетворення
0
( ) ( )dsts e t t
∞ −φ = φ∫ , однак йо-
го обернення пов’язано з розв’язком кубічного рів-
няння. Проте для нашої мети в цьому нема потреби,
оскільки шукана величина t〈 〉 зумовлюється саме
лаплас-образом ( )f s :
0
d ( ) / d
s
t f s s
=
〈 〉 = − , або
1 2 0[ ( ) / d ( ) / d ]C ES c ES st k dP s s k P s s =〈 〉 = − + . (7)
Отже, після лаплас-перетворення системи (6) і застосування формули (7) рутинні алге-
браїчні процедури зрештою приводять до виразу:
[ ( ) 2 ]1
(2 ) ( )( )
S b C c C c
S b C c b c b C
k k k k k k
t k k k k k k k k
+ +
=
〈 〉 + + + + +
. (8)
Порівнюючи його з виразом (4) для стаціонарної швидкості реакції в ансамблі, бачи-
мо їхню повну тотожність, якщо вважати, що /[ ]tv E t=1/ 〈 〉 . Подібна еквівалентність для
випадку класичної схеми (1) дістала назву “одномолекулярного рівняння Міхаеліса—
Ментен” [10] (single-molecule Michaelis—Menten equation) і була перевірена експеримен-
тально [11]. Розглянемо тепер деякі наслідки формул (4) та (8).
4. А саме, поцікавимося залежністю ( )bv k швидкості реакції від інтенсивності процесу
від’єднання субстрату при різних співвідношеннях між константами швидкостей Ck і ck .
На рис. 2 наведені графіки залежності ( )bv k для випадків C ck k= та C ck k . У випадку од-
накових каналів (рис. 2, крива 1) маємо звичний інгібіторний ефект: зі збільшенням bk
реакція уповільнюється. Проте для суттєво різних каталітичних констант маємо, всупереч
інтуїції, дещо несподіваний результат (рис. 2, крива 2): інгібування починається тільки піс-
ля перевищення певного значення bk ; зменшення ж bk до нуля тільки погіршить швидкість
реакції (аж до повної її зупинки при 0ck → ). Таку залежність можна назвати збуджуючою.
Звісно, можливість її прояву залежить також від константи 1[ ]Sk k S= . Відповідну умову
нескладно знайти з аналізу похідної ( ) /b bdV k dk , яка може мати додатний нуль за умови
2
( )
( )
C c C c
S
C c
k k k k
k
k k
+
>
−
, (9)
звідси очевидно, що чим більше розкид каталітичних констант (“безлад”), тим при меншій кон-
центрації [ ]S уможливлюється ефект збудження. Враховуючи, що величина / ( )C c C ck k k k− +
є нічим іншим, як коефіціентом варіації каталітичної константи / catQ = σ 〈τ 〉 (тут σ — стан-
Рис. 2. Залежність швидкості реакції від інтенсивності від’єд-
нання субстрату згідно з формулами (4) та (8), kS = 10: 1 —
kC = kc = 3; 2 — kC = 10, kc = 1
44 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 1
Л.М. Христофоров
дартне відхилення, а ( ) / 2cat C c C ck k k k〈τ 〉 = + — середній час стадії каталізу), зауважимо, що
умова (9) еквівалентна лінії розділу на “фазовій діаграмі” у змінних [ ]S Q− . Рівняння цієї
лінії, очевидно, є таким:
2
1
1
[ ]
2 cat
S
k Q
=
〈τ 〉
; (10)
область квадранту [ ]S Q− , що нижче від неї, відповідає звичній інгібіторній ролі від’єд-
нан ня, а вище — ефекту збудження.
5. Залишається пояснити причину виникнення такого контрінтуїтивного впливу від’єд-
нання субстрату на швидкість ферментативної реакції. Насправді, в розглянутій моделі вона
доволі прозора. Опинившись в стані 2ES з дуже довгим часом очікування завершення ре-
акції, фермент “має вибір”: чекати далі, або ж повернутися у початковий стан Е з шансом
виконати оберт через “активний” комплекс 1ES . За певних умов (достатніх [ ]S та не пе-
ревищуючих певного значення bk ) другий варіант стає вигіднішим. Більш того, при дуже
малих 0ck → у відсутності можливості повернення фермент “ризикував” би зрештою по-
вністю перейти в практично нефункціональний стан 2ES . Це й пояснює необхідність на-
явності bk і корисність її збільшення до певної величини для прискорення реакції. Подаль-
ше зростання bk , звісно, вже почне гальмувати реакцію.
Такі регуляторні властивості ферментів (пов’язані з цікавим ефектом впливу розподілу
швидкостей каталізу на характер функціональної залежності загальної швидкості реакції
від інтенсивності від’єднання субстрату) є доволі нетрадиційними. Але враховуючи сучасні
можливості модифікації ферментів, а також потужні методи досліджень функціювання по-
одиноких ферментів, вони можуть виявитися досить реальними і корисними для практич-
них застосувань.
Робота виконана в межах теми PK 0118U003535 “Динаміка формування просторово-
неоднорідних структур в багаточастинкових системах” ВФА НАН України.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Henri V. Théorie générale de l’action de quelques diastases. C. R. Acad. Sci. 1902. 4. P. 916—919. doi: https://
doi.org/10.1016/j.crvi.2005.10.007
2. Michaelis L., Menten M.L. Die Kinetik der Invertinwirkung. Biochem. Zeitschrift. 1913. 49. P. 333—369. doi:
https://doi.org/10.1016/j.febslet.2013.07.015
3. A century of Michaelis-Menten kinetics: Cornish-Bowden A., Whitham C.P. (Eds.). FEBS Lett. (special
issue). 2013. 587. P. 2711—2894. doi: https://doi.org/10.1016/j.febslet.2013.07.035
4. Cornish-Bowden A. One hundred years of Michaelis-Menten kinetics. Perspective in Science. 2015. 4. P. 3—9.
doi: http://doi.org/10.1016/j.pisc.2014.12.002
5. Monod J., Wyman J., Changeaux J.-P. On the nature of allosteric transitions: a plausible model. J. Mol. Biol.
1965. 12. P. 88—118. doi: https://doi.org/10.1016/S0022-2836(65)80285-6
6. Rabin B.R. Co-operative effects in enzyme catalysis: A possible kinetic model based on substrate-induced
conformational isomerization. Biochem. J. 1967. 102. P. 22c—23c. doi: http://doi.org/10.1042/bj1020022C
7. Cornish-Bowden A., Cárdenas M.L. Cooperativity in monomeric enzymes. J. Theor. Biol. 1987. 124. P. 1—23.
doi: https://doi.org/10.1016/S0022-5193(87)80248-5
8. Frieden C. Kinetic aspects of regulation of metabolic processes: The hysteretic enzyme concept. J. Biol. Chem.
1970. 245. P. 5788—5799.
45ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 1
Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу
9. Christophorov L.N. Proteins as nanomachines: Hysteretic enzymes revisited. Springer Proceedings in Phy sics.
2015. 156. P. 222—232. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-06611-0_19
10. Kou S.C., Cherayil B.J., Min W., English B.P., Xie X.S. Single-molecule Michaelis-Menten equations. J. Phys.
Chem. B. 2005. 109. P. 19068—19081. doi: https://doi.org/10.1021/jp051490q
11. English B.P., Min W., van Oijen A.M., Lee K.T., Luo G., Sun H., Cherayil B.J., Kou S.C., Xie X.S. Ever-
fluctuating single enzyme molecules: Michaelis-Menten equation revisited. Nat. Chem. Biol. 2006. 2.
P. 87—94. doi: https://doi.org/10.1038/nchembio759
12. Christophorov L.N., Kharkyanen V.N., Berezetskaya N.M. Molecular self-organization: A single molecule
aspect. Chem. Phys. Lett. 2013. 583. P. 170—174. doi: http://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.08.005
13. Reuveni S., Urbakh M., Klafter J. Role of substrate unbinding in Michaelis-Menten enzymatic reactions.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. 111. P. 4391—4396. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1318122111
Надійшло до редакції 16.10.2018
REFERENCES
1. Henri, V. (1902). Théorie générale de l’action de quelques diastases. C. R. Acad. Sci., 4, pp. 916-919. doi:
https://doi.org/10.1016/j.crvi.2005.10.007
2. Michaelis, L. & Menten, M. L. (2013). Die Kinetik der Invertinwirkung. Biochem. Zeitschrift, 49,
pp. 333-369. doi: https://doi.org/10.1016/j.febslet.2013.07.015
3. Cornish-Bowden, A. & Whitham, C. P. (Eds.). (2013). A century of Michaelis-Menten kinetics. FEBS Lett.
(special issue), 587, pp. 2711-2894. doi: https://doi.org/10.1016/j.febslet.2013.07.035
4. Cornish-Bowden, A. (2015). One hundred years of Michaelis-Menten kinetics. Perspective in Science, 4,
pp. 3-9. doi: http://doi.org/10.1016/j.pisc.2014.12.002
5. Monod, J., Wyman, J. & Changeaux, J.-P. (1965). On the nature of allosteric transitions: a plausible model.
J. Mol. Biol., 12, pp. 88-118. doi: https://doi.org/10.1016/S0022-2836(65)80285-6
6. Rabin, B. R. (1967). Co-operative effects in enzyme catalysis: A possible kinetic model based on substra -
te-induced conformational isomerization. Biochem. J., 102, pp. 22c-23c. doi: http://doi.org/10.1042/
bj1020022C
7. Cornish-Bowden A. & Cárdenas, M. L. (1987). Cooperativity in monomeric enzymes. J. Theor. Biol., 124,
pp. 1-23. doi: https://doi.org/10.1016/S0022-5193(87)80248-5
8. Frieden, C. (1970). Kinetic aspects of regulation of metabolic processes: The hysteretic enzyme concept. J.
Biol. Chem., 245, pp. 5788-5799.
9. Christophorov, L. N. (2015). Proteins as nanomachines: Hysteretic enzymes revisited. Springer Proceedings
in Physics, 156, pp. 222-232. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-06611-0_19
10. Kou, S. C., Cherayil, B. J., Min, W., English, B. P. & Xie X. S. (2005). Single-molecule Michaelis-Menten
equations. J. Phys. Chem. B, 109, pp. 19068-19081. doi: https://doi.org/10.1021/jp051490q
11. English, B. P., Min, W., van Oijen, A. M., Lee, K. T., Luo, G., Sun, H., Cherayil, B. J., Kou, S. C. & Xie, X. S.
(2006). Ever-fluctuating single enzyme molecules: Michaelis-Menten equation revisited. Nat. Chem. Biol., 2,
pp. 87-94. doi: https://doi.org/10.1038/nchembio759
12. Christophorov, L. N., Kharkyanen, V. N. & Berezetskaya, N. M. (2013). Molecular self-organization: A single
molecule aspect. Chem. Phys. Lett., 583, pp. 170-174. doi: http://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.08.005
13. Reuveni, S., Urbakh, M. & Klafter, J. (2014). Role of substrate unbinding in Michaelis-Menten enzymatic
reactions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 111, pp. 4391-4396. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1318122111
Received 16.10.2018
46 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 1
Л.М. Христофоров
Л.Н. Христофоров
Институт теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова НАН Украины, Киев
E-mail: lchrist@bitp.kiev.ua
ВЛИЯНИЕ ОТСОЕДИНЕНИЯ СУБСТРАТА
НА КИНЕТИКУ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
В минимальной кинетической схеме с двумя конформационными состояниями фермент-субстратного комп-
лекса с разной каталитической активностью показано, что обратный процесс отсоединения субстрата от
комплекса не всегда играет ингибиторную роль. Наоборот, увеличение константы скорости отсоединения
в определенных пределах может лишь ускорять оборот фермента. Определены концентрации субстрата,
необходимые для возможности такого эффекта. Выводы одинаково пригодны для анализа данных экс-
периментов в ансамбле или на одиночных ферментах.
Ключевые слова: одиночные макромолекулы, фермент-субстратное взаимодействие, конформационные
состояния, скорость ферментативной реакции.
L.N. Christophorov
Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of the NAS of Ukraine, Kiev
E-mail: lchrist@bitp.kiev.ua
INFLUENCE OF SUBSTRATE UNBINDING
ON KINETICS OF ENZYMATIC CATALYSIS
In a minimal kinetic scheme with two conformational states of the enzyme-substrate complex, which differ in
their catalytic activity, it is shown that the backward process of substrate unbinding does not always play an in-
hibitory role. On the contrary, increasing the unbinding rate constant up to certain values can only accelerate
the enzyme turnover. Substrate concentration values necessary for making this effect possible are determined.
The conclusions are equally applicable to the analysis of either ensemble or single-enzyme experimental data.
Keywords: single macromolecules, enzyme-substrate interaction, conformational states, enzymatic reaction velocity.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-150466 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:28:25Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Христофоров, Л.М. 2019-04-07T11:53:26Z 2019-04-07T11:53:26Z 2019 Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу / Л.М. Христофоров // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 1. — С. 40-46. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.01.040 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150466 539.199+577.151.45 В мінімальній кінетичній схемі з двома конформаційними станами фермент-субстратного комплексу з різною каталітичною активністю показано, що зворотний процес від’єднання субстрату від комплексу не завжди відіграє інгібіторну роль. Навпаки, збільшення константи швидкості від’єднання в певних межах може лише прискорювати оберт ферменту. Визначені концентрації субстрату необхідні для уможливлення такого ефекту. Висновки однаково придатні для аналізу даних експериментів в ансамблі чи на поодиноких ферментах. В минимальной кинетической схеме с двумя конформационными состояниями фермент-субстратного комплекса с разной каталитической активностью показано, что обратный процесс отсоединения субстрата от комплекса не всегда играет ингибиторную роль. Наоборот, увеличение константы скорости отсоединения в определенных пределах может лишь ускорять оборот фермента. Определены концентрации субстрата, необходимые для возможности такого эффекта. Выводы одинаково пригодны для анализа данных экспериментов в ансамбле или на одиночных ферментах. In a minimal kinetic scheme with two conformational states of the enzyme-substrate complex, which differ in their catalytic activity, it is shown that the backward process of substrate unbinding does not always play an inhibitory role. On the contrary, increasing the unbinding rate constant up to certain values can only accelerate the enzyme turnover. Substrate concentration values necessary for making this effect possible are determined. The conclusions are equally applicable to the analysis of either ensemble or single-enzyme experimental data. Робота виконана в межах теми PK 0118U003535 “Динаміка формування просторово- неоднорідних структур в багаточастинкових системах” ВФА НАН України. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Фізика Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу Влияние отсоединения субстрата на кинетику ферментативного катализа Influence of substrate unbinding on kinetics of enzymatic catalysis Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу Христофоров, Л.М. Фізика |
| title | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу |
| title_alt | Влияние отсоединения субстрата на кинетику ферментативного катализа Influence of substrate unbinding on kinetics of enzymatic catalysis |
| title_full | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу |
| title_fullStr | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу |
| title_full_unstemmed | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу |
| title_short | Вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу |
| title_sort | вплив від’єднання субстрату на кінетику ферментативного каталізу |
| topic | Фізика |
| topic_facet | Фізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150466 |
| work_keys_str_mv | AT hristoforovlm vplivvídêdnannâsubstratunakínetikufermentativnogokatalízu AT hristoforovlm vliânieotsoedineniâsubstratanakinetikufermentativnogokataliza AT hristoforovlm influenceofsubstrateunbindingonkineticsofenzymaticcatalysis |