효소 반응의 비단조 온도 의존성을 해석하기 위한 화학 동역학 이론

초록. 효소 화학 반응에서 주목할 만한 관찰 중 하나는 주어진 효소 및 기질의 양에 대해 온도가 상승하면 반응 속도가 처음에는 아레니우스 관계에 따라 증가하고, 그 다음에는 정체되며, 마지막으로 높은 온도에서 빠르게 제로로 떨어진다는 것입니다. 많은 수학적 함수가 이 패턴을 설명하는 데 사용되었지만, 우리는 이 관찰을 성공적으로 복제하고 이러한 동적 현상을 유발하는 과정을 통찰하는 화학 동역학 이론을 제안합니다. 화학 동역학 이론은 질량 작용의 법칙, 폰 스몰루호스키의 확산 한정 화학 반응 이론 및 에이링의 전이 상태 이론을 결합합니다. 이 새로운 이론은 효소 용액에서 분자와 이온의 끊임없는 열 운동에 의해 보장되는 열가역적 효소 변성이 반응 속도가 증가하는 온도에 따라 정체되고 이후에 감소하는 것을 설명함을 드러냅니다. 효소와 기질의 결합을 통해 관련된 온도 의존적 친화성 매개변수(K)는 발생하는 온도 반응의 형태에도 영향을 미칩니다. 우리는 기질의 가용성이 증가함에 따라 K가 반응 속도가 정체되는 최적 온도를 더 높은 값으로 이동시킨다는 것을 입증합니다. 또한, 화학 동역학 이론이 12세트의 발표된 효소 분석 데이터를 정확하게 나타내고, Ratkowsky 외 (2005)의 유명한 기작 모델을 특별한 경우로 포함한다는 것을 보여줍니다. 이론적 뒷받침이 탄탄하고 우수한 성능을 보여주기 때문에, 우리는 이 새로운 이론이 보다 기작 기반의 환경 생물지구화학 모델 구축을 촉진할 것이라고 믿습니다.