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Einführung in die Kinetik III (Biokatalyse)

Mehrsubstratreaktionen

Viele Enzymreaktionen finden mit zwei oder mehr Substraten statt. Auch für diese Reaktionen gilt die Michaelis-Menten-Beziehung, solange die Abhängigkeit jeweils nur eines Substrates untersucht wird und die anderen Substrate und Cofaktoren im großen Überschuss und damit praktisch sättigend vorliegen (Michaelis-Menten-Mechanismus). Eine umfassende Analyse solcher Mehrsubstratreaktionen erfordert allerdings die gegenseitige Variation aller beteiligten Substrate. Dafür wurde von W. Wallace Cleland folgende Nomenklatur eingeführt:

  • Substrate werden in der Reihenfolge ihrer Bindung an das Enzym mit A, B, C usw. bezeichnet.
  • Produkte werden in der Reihenfolge ihrer Ablösung mit P, Q, R usw. bezeichnet.
  • Bei Vorliegen mehrere Formen des Enzyms, werden diese mit E, F, G usw. bezeichnet.

Der Reaktionsablauf

Das Enzym bildet mit den Substraten, bzw. Produkten Übergangskomplexe (EA, EP usw.). Die katalytische Reaktion erfolgt an zentralen Komplexen (EAB usw.). Diese können keine weiteren Substrate oder Produkte binden, da bereits alle Stellen besetzt sind. Es können nur Substrate, bzw. Produkte abgegeben werden. Vereinigen sich zwei Substrate zu einem Produkt, spricht man von einem Bi-Uni-Mechanismus. Vereinigen sich drei Substrate zu einem Produkt, spricht man von einem Tri-Uni-Mechanismus, etc. Folgende Unterscheidungen werden getroffen:

  • Müssen erst alle Substrate gebunden sein, bevor das Produkt freigesetzt wird, handelt es sich um einen sequenziellen Mechanismus.
  • Wird das Produkt bereits freigesetzt, bevor alle Substrate gebunden sind, spricht man von einem Ping-Pong-Mechanismus.
  • Bei Iso-Mechanismen isomerisiert das Enzym in zwei oder mehrere stabile Konformationen.
Abb.1
willkürliche Reihenfolge
Abb.2
festgelegte Reihenfolge
Abb.3
Enzymatische Reaktion ohne Bindung eines Übergangskomplexes (Ping-Pong-Mechanismen)
Abb.4
sequenzieller Mechanismus
Abb.5
Ping-Pong-Mechanismus

Siehe Michaelis-Menten-Gleichung und Steady-state-Kinetik und Lineweaver-Burk-Diagramm.

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