Steady-State-, Pre-Steady-State-und Einzel-Umsatz Kinetic Measurement für DNA Glycosylase Aktivität

Einer aeroben Umgebung beeilt genomische Instabilität. Ein wesentlicher promutagene DNA Läsion aus oxidativem Stress ist 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG). Dies ist aufgrund der mehrdeutigen Codierung Potential 8-oxoG. Menschliche 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) ist verantwortlich für die Initiierung Basenexzisionsreparatur von 8-oxoG. Die glycosylase Aktivität OGG1 schneidet das 8-oxoG Basis resultierende Produkt in DNA mit einer Apurin Website (AP-site). Eine schwache Lyaseaktivität von OGG1 können die AP-Website in einigen Fällen einzuschneiden.

Kinetische Charakterisierung von DNA Glycosylasen allgemein fest, dass sie zweiphasige zeitliche Verläufe aufweisen. Nach einer anfänglichen schnellen Phase der Produktbildung (dh Burst) wird eine lineare stationären Phase beobachtet ^1-3. Dieses Verhalten ist, das einen Schritt nach Chemie (dh Konformationsänderung oder Produkt release) ist geschwindigkeitsbestimmend während des linearen Teils der Zeitverlauf, während der Bohrerst Phase, die oft als die transiente Phase bezeichnet, entspricht die Produktbildung in der aktiven Stelle des Enzyms während des ersten Zyklus der Reaktion. Bei Produkt-Release Rate Limiting während der Steady-State-Phase ist, bieten Aktivitätsmessungen eine qualitative Messung der Produkt-DNA Bindungsaffinität, aber keine kinetische Informationen über Veranstaltungen im aktiven Zentrum des Enzyms (dh Chemie). Dementsprechend sind Methoden zu isolieren und messen die exponentielle pre-steady-state Burst-Phase benötigt, um Ereignisse während der ersten enzymatischen Umsatz an das Enzym aktive Zentrum ⁴ sondieren.

Es gibt drei Standard kinetische Ansätze, um die katalytische Verhalten OGG1 charakterisieren, (1) Steady-State, (2) pre-steady-state, und (3) Single-Turnover. Diese Ansätze unterscheiden sich durch die Konzentration des Enzyms in dem Reaktionsgemisch und dem Enzym zu Substrat-Verhältnis in jedem Ansatz verwendet. In einem typischen Steady-State-Ansatz,manchmal als mehrere Umsatzkinetik bezeichnet werden, sind geringe Konzentrationen von Enzym zur Bildung Produkt folgen. Die Substratkonzentration übersteigt bei weitem die Enzymkonzentration so dass mehrere enzymatische Umsätze nicht wesentlich beeinträchtigen Substratkonzentration. In dieser Situation sollte Zeitverläufe linear sein, und es ist oft schwierig zu erkennen, ob ein Burst in der ersten Umsatz aufgrund der geringen Enzymkonzentration in diesem Ansatz trat; beachten Burstamplitude entspricht der Enzymkonzentration. Dies kann durch Verwendung einer höheren Enzymkonzentration und Extrapolieren der linearen Zeitverlauf auf den Zeitpunkt Null zu erfassen, ob die erste enzymatischen Umsetzung schnell aufgetreten überwunden werden. Der Achsenabschnitt auf der Ordinate (y-Achse) sollte proportional zur Enzymkonzentration und stellt ein Maß für das Enzym aktiv mit dem Substrat in Eingriff. Obwohl dieser Ansatz im Prinzip den Nachweis für die Existenz eines Burst-Phase, und ein DIF-schiedenen Ansatz erforderlich, um die Kinetik der Burst-Phase messen. In vielen Fällen ist der Burst-Phase ist zu schnell, um durch manuelles Mischen und Abschrecken Techniken messen. In dieser Situation nähert sich pre-steady-state und Single-Turnover-kinetische (dh transient kinetische) erfordern oft einen schnellen-mixing und Abschrecken Instrument zu frühen Zeitpunkten einer Reaktion ⁵ folgen. In einer vorher stationären Ansatz hohe Konzentrationen des Enzyms, so dass eine erhebliche Menge an Produkt in der ersten Umsatzes gebildet werden. Da mehrere Umsätze gefolgt sind katalytische Radfahren (dh die lineare Phase, die die Burst folgt) zu beobachten, ist Substratkonzentration größer als die Enzymkonzentration ([Enzym] <[Substrat]). Um Ereignisse im aktiven Zentrum des Enzyms zu isolieren ohne Katalysator Radfahren, sind Single-Turnover-Bedingungen verwendet. In diesem Fall wird das Substrat mit dem Enzym gesättigt (E >> S), so dass alle von dem Substrat wird i teilnehmenn der "einzigen Umsatz" und wird typischerweise eine Single-exponentiellen Zeitverlauf.

Wie oben für Enzyme, die eine Burst-Phase, Produkt-Release (k _off) weisen darauf hingewiesen, begrenzt oft die Geschwindigkeit der Steady-State-Phase des zeitlichen Verlaufs. Die Rate der Freisetzung (v _ss, Konz. / Zeit) aus der Steigung der linearen steady-state-Phase bestimmt werden. Die aktive Enzymkonzentration (E) benötigt wird, um die Rate der Produkt-Release einer intrinsischen Geschwindigkeitskonstante konvertieren wo k _off = v _ss / [E]. Wichtig ist, dass das aktive Enzym-Konzentration in der Regel niedriger als der gemessene Proteinkonzentration durch Verunreinigungen, inaktives Enzym, Enzym nicht-produktiv Substrat gebunden, und die Methode zur Protein-Konzentration bestimmen. Die aktive Enzymkonzentration kann aus dem Burstamplitude bestimmt werden, wenn Produkt-Release ist langsam. So Extrapolation eine steady-state zeitlichen Verlauf zuNull Zeit liefert eine Schätzung der aktiven Enzym benötigt, um k _off (Produktversion) aus dem beobachteten steady-state zu berechnen.

Um die Kinetik des Bursts messen, ist ein Pre-Steady-State-Ansatz notwendig, um Produkt-Bildung während der ersten Umsätze, die vor dem linearen stationären Phase tritt folgen. Die Burst-Kinetik folgt die Bildung von Enzym-Zwischenprodukts. Sobald die Reaktion durch Mischen von Enzym mit dem Substrat eingeleitet wird, die Menge an Enzym-Produkt schnell erhöht, bis die Reaktion einen stationären Zustand erreicht Phase. Wenn Katalyse ist viel schneller als Produkt-Release ist die Amplitude des Bursts gleich aktiv engagiert Enzym und dem beobachteten exponentiellen Annäherung an das Gleichgewicht (k _obs) entspricht der Geschwindigkeit der chemischen Umwandlung von Substrat zu Produkt, vorausgesetzt, dass das Gegenteil von Chemie vernachlässigbar.

In einigen Fällen katalytischen cyklammern stört mit einem pre-steady-state-Analyse, z. B. wenn die Größen der Preise für Chemie und Produkt-Release sind nicht signifikant unterschiedlich. In diesem Fall, unter Verwendung überschüssigen Enzym relativ zu dem Substrat verhindert katalytische Rad-und Grenzwerte Substrat mit dem Enzym in einem Umsatz gebunden. Dementsprechend kann die erste chemische Schritt der Reaktion isoliert und genau bestimmt als die Geschwindigkeitskonstante erster Ordnung (k _obs). Diese Geschwindigkeitskonstante sollte ähnlich k _obs ermittelt aus der pre-steady-state oben beschriebenen Ansatz.

Hier beschreiben wir, wie diese kinetische Ansätze verwendet werden, um die Aktivität von glycosylase OGG1 analysieren.