Enzymatische Fehlerrate

Mir ist bewusst, dass jedes Enzym eine gewisse Menge an Fehlprodukten erzeugt. Dies ist beispielsweise für die DNA-Polymerase gut dokumentiert.

Ich interessiere mich für Enzyme, die an biochemischen Prozessen beteiligt sind, also zum Beispiel Methytransferase, Oxidoreduktase, Carboxylase und so weiter. Ich habe nach Referenzen gesucht, die die Fehlerrate oder die Menge an Fehlprodukten für eines dieser Enzyme melden könnten, aber ich war nicht erfolgreich.

Kennt jemand eine Referenz, die die Fehlerrate oder andere Informationen über die von diesen Enzymen erzeugten Fehlprodukte meldet?

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Ich versuche mal meine Frage etwas besser zu präzisieren. Nehmen wir an, wir betrachten ein Enzym, das einem Molekül eine Methylgruppe hinzufügt, wir können zum Beispiel Propionsäure wählen. Theoretisch würde sich das richtige Produkt aus der Addition eines Methyls an C3 ableiten. Für die biochemische Studie wissen wir, dass die Aktivierungsenergie durch ein Enzym verringert wird, indem beispielsweise die Moleküle so ausgerichtet werden, dass sie mit dem zweiten Molekül reagieren. Wenn das fragliche Enzym das Molekül nicht richtig ausrichten kann, besteht daher eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehlprodukt entsteht. Beispielsweise könnte die Methylgruppe an C2 und nicht an C3 angefügt werden. Jetzt. Die Wahrscheinlichkeit für diesen Vorgang ist recht gering, kann aber nicht ausgeschlossen werden. Meine Frage ist,

Ich hoffe, das macht die Sache etwas klarer

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Betrachten wir das Bild unten, das von hier stammt

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In B sieht man die Wechselwirkung des aktiven Zentrums des Enzyms mit einem Substrat (für das Beispiel spielt es keine Rolle, ob es sich um das echte Substrat oder einen Inhibitor handelt). Ich würde sagen, dass unter allen möglichen Wechselwirkungen, die dieses aktive Zentrum mit Substraten eingehen kann, einige viel wahrscheinlicher sind als andere. Unter Berücksichtigung der freien Energie des komplexen Enzymsubstrats könnte ein hypothetisches Diagramm erstellt werden, je höher die freie Energie, desto geringer die Stabilität. Daher werden wir unter allen möglichen Enzym-Substrat-Kombinationen nur wenige Möglichkeiten haben, die eine niedrige freie Energie haben. An erster Stelle finden wir das "richtige" Substrat, dann finden wir eventuelle Konkurrenten und andere Moleküle, die ähnliche chemische Eigenschaften wie das Substrat haben. Auch wenn diese Wechselwirkungen, Enzymkonkurrenten, mit geringer Wahrscheinlichkeit auftreten werden.

Ich bin daran interessiert, einige Artikel zu lesen, die sich mit diesem Phänomen befassen und auch seine Rate quantifizieren. Ich bin auch neugierig, ob dieses Phänomen mit unterschiedlichen Raten in verschiedenen Enzymen auftreten kann.

Ich denke, diese Enzyme sind unterschiedlich. Es gibt eine chemische Reaktion, die sie katalysieren, und daher wird diese stattfinden oder nicht. Dies ist bei der DNA-Polymerase anders, wo 4 verschiedene Nukleotide eingebaut werden können (was die Möglichkeit einiger Fehler erhöht).
Es kann sicherlich andere Enzyme als Polymerasen geben, die fehlerhafte Reaktionen katalysieren. Als Beispiel fallen mir sofort Aminoacyl-tRNA-Synthetasen ein. Einige haben sogar Korrekturlesemechanismen, um Fehler zu korrigieren.
DNA pol erscheint nur deshalb anders, weil das Enzym gewissermaßen durch den Matrizenstrang beeinflusst wird. Eine katalysierte chemische Reaktion ist immer noch eine chemische Reaktion
Bitte teilen Sie uns mit, ob Sie Antworten finden, die ausreichen. Ich denke, diese Frage ist wichtig
Wenn Sie nach Referenzen für alle Enzyme fragen, befürchte ich, dass diese Frage so weit gefasst wäre. Ich gebe Ihnen ein Beispiel und die Grundidee hinter dem Problem. Sie können nach den anderen Fällen suchen.
Ich denke, Sie sollten klarstellen, was Sie mit Fehler meinen: a.) das Enzym verwendet ein anderes Substrat und das Ergebnis ist ein anderes Endprodukt b.) das Enzym verwendet dasselbe Substrat und das Ergebnis ist ein anderes Endprodukt. Ich denke, b.) ist anders, aber ich weiß vielleicht nicht alles über Enzyme.
@WYSIWYG Ich bitte um eine Referenz, die das von mir als Beispiel angegebene Problem berücksichtigt. Es wäre wirklich hilfreich, einen Vorschlag als Hinweis zu haben
@efrem Ich kenne kein Beispiel aus dem Hinterkopf. Muss danach suchen. Im Allgemeinen ist das, was Sie fragen, unwahrscheinlich, da es selten vorkommt, dass ein und dasselbe Molekül viele ähnliche Gruppen aufweist, an denen die Reaktion stattfinden soll.

Antworten (4)

Zunächst ist es wichtig zu definieren, was eigentlich ein Fehler ist. Was Sie Fehlprodukt nennen, ist eigentlich ein richtiges Produkt für ein anderes Substrat. Das Enzym hat eine geringe Spezifität; aber Sie werden nicht sagen, dass Hexokinase fehleranfällig ist, weil sie eine breite Substratspezifität hat. Die Frage ist – ist Spezifität entscheidend?

Kommen wir zum Beispiel der DNA-Polymerase, sollten Sie beachten, dass die DNA-Polymerase nur ein Nukleotid an den DNA-Strang anfügt. Hier wirkt der Matrizen-DNA-Strang wie ein Coenzym, und es ist die Matrizen-DNA, die der Reaktion Spezifität verleiht. In diesem Fall ist die Spezifität wirklich entscheidend, und es gibt Mechanismen, die dabei helfen, dies sicherzustellen.

Auch andere Enzyme machen Fehler und die Fehlerwahrscheinlichkeit hängt von verschiedenen Parametern ab. Nehmen Sie das Beispiel von Restriktionsenzymen, die an einer bestimmten Stelle schneiden sollen. Wenn diese Spezifität verloren geht, sagen wir, dass das Enzym eine "Star-Aktivität" zeigt, dh eine unspezifische Spaltung. Dies hängt von verschiedenen Parametern wie Pufferzusammensetzung, Enzymkonzentration etc. ab.

Im Allgemeinen wird Spezifität aufgrund der hohen Bindungsaffinität gegenüber einem Molekül im Vergleich zum anderen bereitgestellt. Diese Bindungsreaktionen sind zweiter Ordnung – ein Substrat mit hoher Affinität bindet selbst bei niedriger Konzentration an das Enzym. Wenn Sie jedoch die Konzentration des Substrats mit niedriger Affinität oder des Enzyms erhöhen, kann die Bindungsrate irgendwann signifikant genug sein ein "falsches" Produkt erstellen.

Manchmal gibt es Fälle, in denen das Enzym an ein falsches Substrat binden kann, aber kein Produkt erzeugen kann. Dies ist der typische Fall eines kompetitiven Inhibitors. Es ist auch möglich, dass ein bestimmtes Molekül gut bindet, aber die Umwandlungsrate langsamer ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Art von "Fehlern" bei vielen Enzymen auftreten, aber im Falle der DNA-Polymerisation sehr kritisch sind. Sie können Informationen über die Star-Aktivität von Restriktionsenzymen erhalten (einfach googeln).

Rubisco ist ein Enzym, das am biochemischen Prozess der Kohlenstofffixierung bei der Photosynthese beteiligt ist, aber auch einen wirtschaftlich wichtigen Fehler ( Photorespiration ) aufweist, der das falsche Molekül (Sauerstoff) in RuBP einbaut, wodurch die von der Pflanze aufgenommene Energie verschwendet und stromabwärts giftig produziert wird Produkte.

Die Fehlerquote von Rubisco bei der Kohlenstofffixierung liegt zwischen etwa 1:10 und 1:80 .

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Ich danke Ihnen sehr für Ihre Antwort. Das Papier, auf das Sie sich beziehen, enthält jedoch weder die Angaben zur Fehlerquote noch die Tabelle. Habe ich etwas übersehen oder hast du diese Daten woanders mitgenommen?
@efrem Rubisco macht einen Fehler, wenn es Sauerstoff anstelle von Kohlenstoff enthält, und daher ist die Fehlerrate Vc/Vo.

Chris hat Recht, Polymerasen erzeugen Sequenzen, die Enzyme, nach denen Sie fragen, führen eine einzige Art von Reaktion aus, also würden Sie ihre Aktivität beurteilen, nicht ihre Genauigkeit. Eine gute Ressource, die ich gefunden habe, um QC-Daten für Enzyme wie diese zu betrachten, sind nur die Produktbeilagen des Herstellers. NEB zum Beispiel scheint meiner Meinung nach im Allgemeinen ausreichende QC-Daten zu liefern. Zum Beispiel:

https://www.neb.com/~/media/Catalog/All-Products/B2D1E3A4F480489EAD7A1CD43E164DA0/Datacards%20or%20Manuals/M0233Datasheet-Lot0031209-1.pdf

Die DNA-Polymerase führt auch eine einzige Art von Reaktion aus, nämlich eine kovalente Bindung zwischen dNTP und DNA, wodurch eine Diphosphatgruppe freigesetzt wird P P ich

Da chemische Reaktionen von der Quantenphysik bestimmt werden, gibt es eine ganze Reihe von Produkten, die aus dem Mischen mehrerer mehratomiger Moleküle entstehen können. Und alle diese werden eine Eintrittswahrscheinlichkeit ungleich Null haben. Aber diese Wahrscheinlichkeit ist bei normalen Temperaturen extrem gering, sodass Sie diese Produkte nicht sehen.

Enzyme senken die Aktivierungsenergie und erhöhen so die Reaktionswahrscheinlichkeit, aber nur für bestimmte Substanzen und Produkte (die räumliche Position von Reagenzien kann das Ergebnis beeinflussen). Wenn bei der DNA-Replikation ein falsches Nukleotid eingefügt wird, geschieht dies, weil der Enzym/Matrizen-Nukleotid-Komplex nicht genügend Spezifität aufweist. Alle 4 Nukleotide haben eine ziemlich hohe Chance, an der Reaktion teilzunehmen (aber Fehler sind immer noch in der Größenordnung von 10 − 6 Und niedriger).

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