Частота ферментативных ошибок

Во-первых, важно определить, что на самом деле является ошибкой. То, что вы называете неправильным продуктом, на самом деле является правильным продуктом для другого субстрата. Фермент имеет низкую специфичность; но вы не скажете, что гексокиназа подвержена ошибкам, потому что она обладает широкой субстратной специфичностью. Вопрос в том, важна ли специфичность?

Возвращаясь к примеру с ДНК-полимеразой, вы должны отметить, что ДНК-полимераза только добавляет нуклеотид к цепи ДНК. Здесь цепь ДНК-матрицы действует как кофермент, и именно ДНК-матрица обеспечивает специфичность реакции. В этом случае специфичность действительно критична, и существуют механизмы, которые помогают ее обеспечить.

Другие ферменты также допускают ошибки, и вероятность совершения ошибок зависит от разных параметров. Возьмем пример ферментов рестрикции, которые должны резать в определенном месте. Когда эта специфичность утрачена, мы говорим, что фермент проявляет «звездную активность», т.е. неспецифическое расщепление. Это зависит от различных параметров, таких как состав буфера, концентрация фермента и т. д.

В целом специфичность обеспечивается благодаря высокой аффинности связывания одной молекулы по сравнению с другой. Эти реакции связывания второго порядка — субстрат с высоким сродством будет связываться с ферментом даже при низкой концентрации, однако если увеличить концентрацию субстрата с низким сродством или фермента, то в какой-то момент скорость связывания может стать достаточно значительной, чтобы создать «неправильный» продукт.

Иногда бывают случаи, когда фермент может связываться с неправильным субстратом, но не может создавать продукт. Это типичный случай конкурентного ингибитора. Также возможно, что определенная молекула хорошо связывается, но скорость превращения медленнее.

В заключение, такого рода «ошибки» случаются со многими ферментами, но это очень критично в случае полимеризации ДНК. Вы можете получить информацию о звездной активности ферментов рестрикции (просто погуглите).

Рубиско представляет собой фермент, который участвует в биохимическом процессе фиксации углерода при фотосинтезе, но также имеет важную с экономической точки зрения ошибку ( фотодыхание ), которая включает неправильную молекулу (кислород) в RuBP, поэтому тратит впустую энергию, захваченную растением, и производит токсичные вещества. товары.

Частота ошибок Рубиско при фиксации углерода колеблется примерно от 1:10 до 1:80 .

Крис прав, полимеразы генерируют последовательности, ферменты, о которых вы спрашиваете, выполняют один тип реакции, так что вы будете оценивать его активность, а не точность. Хороший ресурс, который я нашел для просмотра данных контроля качества для подобных ферментов, - это просто вкладыши продукта от производителя. Например, NEB, на мой взгляд, обычно предоставляет достаточные данные контроля качества. Например:

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

Поскольку химические реакции подчиняются квантовой физике, при смешивании нескольких многоатомных молекул может получиться множество продуктов. И все они будут иметь ненулевую вероятность возникновения. Но эта вероятность крайне мала при нормальных температурах, поэтому вы не видите эти продукты.

Ферменты снижают энергию активации и, таким образом, увеличивают вероятность реакции, но только для определенных веществ и продуктов (пространственное положение реагентов может влиять на результат). В случае репликации ДНК, когда вставляется неправильный нуклеотид, это происходит из-за недостаточной специфичности комплекса фермент/матричный нуклеотид. Все 4 нуклеотида имеют достаточно высокие шансы участвовать в реакции (но ошибки все же порядка$10^{-6}$и ниже).