Consideration of the contribution of chemical (non-enzymatic) conversion of substrate in the general mechanism of enzyme

Abstract

When enzyme-catalyzed reactions are studied, it is necessary to take into account the contribution of the chemical (non-enzymatic) conversion of the substrate to the product, which is carried out together with the enzyme-catalyzed conversion of the substrate. It is generally believed that the difference of the product concentration that was formed in the presence of the enzyme and in its absence (during the same time interval) is the concentration of the product that was formed directly in the enzyme-catalyzed reaction, i.e. that there is additivity of the product concentrations at each time point. In this paper, we have analyzed when there is additivity and how to correctly take into account the contribution of chemical (non-catalytic) substrate conversion when the enzyme-catalyzed reactions are investigated. We have shown that the additivity of productconcentrations and initial rates is observed only for a period when the product concentration increases linearly with time. The longer the reaction proceeds the more the deviation from the additivity. Under equilibrium condition, there is no additivity of equilibrium product concentrations but under conditions of detailed balance the equilibrium product concentration of the overall reaction, including the enzyme-catalyzed and chemical (nonenzymatic) conversion of the substrate, is also at the same time the equilibrium concentration of the product of the enzyme-catalyzed conversion of the substrate.

При вивченні реакцій, що каталізуються ферментами, необхідно враховувати внесок хімічне (неферментативне) перетворення субстрату на продукт, яке здійснюється разом з перетворення субстрату на каталізацію ферментів. Загалом вважається, що різниця продукту концентрація, що утворилась у присутності ферменту та за його відсутності (протягом того ж інтервалу часу) - концентрація продукту, що утворюється безпосередньо в реакції, каталізованої ферментами, тобто, що існує аддиктивність концентрацій продукту в кожен момент часу. У цій роботі ми проаналізували, коли є адиктивність і як правильно врахувати внесок хімічної (некаталітичної) конверсії субстрату коли досліджують каталізаторні реакції. Ми показали, що придатність продуктовихконцентрацій а початкові норми спостерігаються лише протягом періоду, коли концентрація продукту лінійно збільшується з час. Чим довше триває реакція, тим більше відхилення від адитивності. В умовах рівноваги не спостерігається адитивності рівноважних концентрацій продукту, але в умовах детального збалансування рівноважна концентрація продукту загальної реакції, включаючи каталізатори ферментів та хімічні речовини (неферментативні) конверсія субстрату, є одночасно рівноважною концентрацією продукту перетворення субстрату на каталізацію ферменту.

При изучении ферментативных реакций необходимо учитывать вклад химическое (неферментативное) превращение субстрата в продукт, которое проводится вместе с катализируемое ферментами превращение субстрата. Обычно считается, что разница продукта концентрация, которая образовалась в присутствии фермента и в его отсутствие (в течение того же временного интервала) представляет собой концентрацию продукта, который образовался непосредственно в реакции, катализируемой ферментом, т.е. аддитивность концентрации продукта в каждый момент времени. В этой статье мы проанализировали, когда есть аддитивность и как правильно учесть вклад химической (некаталитической) конверсии субстрата когда ферментативно-катализируемые реакции исследуются. Мы показали, что аддитивность концентрации продукта и начальные скорости наблюдаются только в течение периода, когда концентрация продукта увеличивается линейно с время. Чем дольше протекает реакция, тем больше отклонение от аддитивности. В состоянии равновесия, не существует аддитивности равновесных концентраций продукта, но в условиях детального баланса равновесная концентрация продукта в общей реакции, включая ферментативно-катализируемую и химическую (неферментативную) конверсия субстрата, также является одновременно равновесной концентрацией продукта катализируемого ферментом превращения субстрата.