5. TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK

(1)

5. TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK

Eddig csak egyszubsztrátos enzimes reakciókkal foglalkoz- tunk, de sok reakcióhoz több szubsztrát is kell. Ezeknek két típusa van:

A.)Termékképzéshez egyszerre több különböző szubsztrát kell (sztöchiometrikus arányban). Pl.: hexokináz

glükóz + (Mg)ATP glükóz-6-foszfát + (Mg)ADP foszforilezés

két szubsztrát két termék

1

TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK

B.) A másik esetben a reakció keverékben több hasonló, lé- nyegében alternatív szubsztrát van jelen.

Példák: a legtöbb biopolimer-hidrolizáló enzim:

amiláz, amilo-glikozidázok, cellulázok

proteinázok.

Függetlenül attól, hogy ezekben az esetekben exo- vagy endo-enzimekről van-e szó, a reakció-keverékben egyidejűleg több, különböző polimerizációs fokú szubsztrát van (lesz) je-

1

(2)

KÉT KÜLÖNBÖZŐ SZUBSZTRÁT

bi-bi reakciók = mind S mind P oldalról BIMOLEKULÁRIS Típusai:

 Random bi-bi reakciók: a két S belépésének sorrendje véletlenszerű

 Határozott sorrendű bi-bi reakciók: a sorrend kötött

 Ping-pong mechanizmus: a szubsztrátok nem is találkoznak, az enzim két állapot között alternál.

3

Random bi-bi reakciók

E mechanizmus nagyon hasonlít a lineáris kevert típusú in- hibícióra, azzal a különbséggel, hogy itt a ternér EAB komp- lexből lesznek termékek, nem az EA-ból.

4

3

(3)

Random bi-bi reakciók

A szokásos módon felírva a rapid ekvilibrium kinetikáját a kettős szubsztrát limitáció felírható:

α = ^· α = ^·

= ^·

∝ = ^·

∝

= ·

= ^· = ^·

=

E +EA+EB+EAB

=

· ·

∝ + ·

+ ·

+ · ·

∝

= ^· = ^·

5

Random bi-bi reakciók

A szokásos módon felírva a rapid ekvilibrium kinetikáját a kettős szubsztrát limitáció felírható:

Átrendezve az egyenlet analóg a kevert inhibíciónál ka- pottal:

=

·

∝

=

·

∝

1 + + + ·

∝

5

(4)

Határozott sorrendű bi-bi reakciók

az EAB EPQ lépés a sebesség meghatározó

Rapid ekvilibriummal felírva a reakcióse- besség:

V V

A B K K 1 A

K

A B K K

max

A B

A A B

=

⋅

+ + ⋅

7

Ping-pong mechanizmus

A lépések sorrendje meghatározott, de az első lépés, EA ⇋EP után P leválik, és csak ezután léphet be a másik szubsztrát, majd átalakul Q termékké.

A hexokináz esetében ATP hatásá- ra az enzim foszforilálódik, az ADP leválik, ekkor kapcsolódik a glükóz, átveszi a foszfát csoportot és kilép.

8

7

(5)

Ping-pong mechanizmus

A Haldane (kvázi steady state) levezetéssel megkapjuk

Illetve rögzített B értéknél:

Az egyenlet szimmetrikus, A és B felcserélhetők.

V V

A B

K A K B A B

max mB mA

= ⋅

+ + ⋅

V V

A K A 1 K

B

max = mA mB

+  +

 



9

Ping-pong mechanizmus

Lineweaver-Burk ábrázolásban rögzített B koncentrációk mel- lett egyeneseket kapunk. B növelésével egyre közelebb kerül az enzim maximális kapacitásához.

K_mA/V_max

B

_B _{= ∞}

1/Vmax 1/V

1 1

V

K B

app V

mB

max max

= + De: a hexokináz még-

sem jó példa! Nem kapunk ilyen ábrát = nem ping-pong mechaniz- musú a foszforiláció.

→tovább kell vizsgálni.

9

(6)

Ping-pong mechanizmus

Formális hasonlóság!

többszubsztrátos unkompetitív

V_max/2 V_maxi/2

V_max V_maxi

I

V V

1 I K

maxi max

i

= +

K K

1 I

K

mi m

i

= +

K_m V

S

I

nem inhibeált

1/S 1/V I

I=0

K_m/V_max

1/V_max

1 1

V

I K

i V

i

max max

= +

− + 1 I

K K

i m

1/K_m K_mA/V_max

B _B_{= ∞}

1/Vmax 1/V

1/A

1 1

V

K B

app V

mB

max max

= +

− 1 = −1+ K

K B

mAapp K

mB mA

11

TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok

Sok enzim képes egynél többféle szubsztrát átalakítására is.

Ilyen esetekben a különféle alternatív szubsztrátok versenge- nek egymással az enzim aktív helyé(i)ért. Ilyenek pl. a

Hidrolitikus depolimeráz enzimek: sok azonos kötésre hatnak, pl.

lizozim: komplex muko-poliszacharidokat, a sejtfal mureinjét bontja (a Gram+ baktériumokat elpusztítja).

celluláz komplex, pektinázok,

amilázok

12

11

(7)

TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok

Az ilyen polimerekben a monomereket összekapcsoló kon- denzációs kötések úgy viselkednek, mint egy-egy különálló szubsztrát.

Az ilyen polimerek abban az értelemben sem tekinthetőek közönséges egyszerű szubsztrátoknak, hogy általában már eleve különböző lánchosszúságú polimerek keverékei.

A hidrolitikus enzimek némelyike szelektivitást mutat asze- rint, hogy a polimer mely részét bontja:

exo-hidrolázok - láncvégi vagy közel láncvégi kötéseket endo-hidrolázok - láncon belüli kötéseket statisztikusan

13

TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok

→ a kompetitív inhibíciónál szerepeltek.

Ha kétféle szubsztrátból kétféle termék lesz (pl. alkohol-de- hidrogenáz):

Kompetitív inhibitorként gátolják egymást:

E + S1 ES1 E + P1

E + S2 ES2 E + P2

K1

K2

k1

k2

1 1max 1

2

V V S

K 1 S S

=  

+ +

 

13

(8)

TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok

A másik szubsztrátra:

2

2 2max

S2 1 2

S1

V V S

K 1 S S K

=  

+ +

 

 

15

TÖBBSZUBSZTRÁTOS REAKCIÓK – alternatív szubsztrátok

Ha minden szubsztrátból ugyanaz a termék lesz: pl.

keményítőből, dextrinekből → β-amilázzal → maltóz

→ össze kell adni reakciósebességeket.

1 1 2 2 n n

0

1 2 n

T 1 2 n

1 2 n

k S k S k S

E ...

K K K

V V V ... V

S S S

1 ...

K K K

 

+ + +

 

 

= + + + =

+ + + +

16

15