Enzima de difusión limitada

Una enzima de difusión limitada cataliza una reacción tan eficientemente que el paso limitante de la velocidad es la difusión del sustrato hacia el sitio activo o la difusión del producto hacia afuera. ^[2] Esto también se conoce como perfección cinética o perfección catalítica . Dado que la tasa de catálisis de tales enzimas se establece mediante la reacción controlada por difusión , representa una restricción física intrínseca en la evolución (una altura máxima de pico en el panorama de la aptitud ).). Las enzimas perfectas limitadas por difusión son muy raras. La mayoría de las enzimas catalizan sus reacciones a una velocidad de 1000 a 10 000 veces más lenta que este límite. Esto se debe tanto a las limitaciones químicas de las reacciones difíciles como a las limitaciones evolutivas de que velocidades de reacción tan altas no confieren ninguna aptitud adicional . ^[1]

La teoría de la reacción controlada por difusión fue utilizada originalmente por RA Alberty, Gordon Hammes y Manfred Eigen para estimar el límite superior de la reacción enzima-sustrato. ^{[3] [4]} Según su estimación, ^{[3] [4]} el límite superior de la reacción enzima-sustrato era 10 ⁹ M- ¹ s - ¹ .

En 1972, se observó que en la deshidratación de H ₂ CO ₃ catalizada por anhidrasa carbónica , la constante de velocidad de segundo orden obtenida experimentalmente era de aproximadamente 1,5 × 10 ¹⁰ M- ¹ s - ¹ , ^[5] que era de un orden de magnitud más alto que el límite superior estimado por Alberty, Hammes y Eigen con base en un modelo simplificado. ^{[3] [4]}

Para abordar tal paradoja, Kuo-Chen Chou y sus colaboradores propusieron un modelo teniendo en cuenta el factor espacial y el factor de campo de fuerza entre la enzima y su sustrato y encontraron que el límite superior podría llegar a 10 ¹⁰ M ⁻¹ s ^{− 1} , ^{[6] [7] [8]} y puede usarse para explicar algunas velocidades de reacción sorprendentemente altas en biología molecular. ^{[5] [9] [10]}

El nuevo límite superior encontrado por Chou et al. para la reacción enzima-sustrato se discutió y analizó más a fondo mediante una serie de estudios de seguimiento. ^{[11] [12] [13]}

Se elaboró en _ _ papel. ^[14]

La distribución de tasas catalíticas enzimáticas conocidas ( k _cat /KM ₎ . La mayoría de las enzimas tienen una tasa de alrededor de 10 ⁵ s ⁻¹ M ⁻¹ . Las enzimas más rápidas en el cuadro oscuro de la derecha (>10 ⁸ s - ¹ M- ¹ ) están restringidas por el límite de difusión. (Datos adaptados de la referencia ^[1] )

Una ilustración para mostrar (a) el modelo de Alberty-Hammes-Eigen y (b) el modelo de Chou, donde E denota la enzima cuyo sitio activo está coloreado en rojo, mientras que el sustrato S en azul.