バイオポリマーマイクロアレイの表面酵素動態：ラングミュアとミカエリス - メンテンの概念の組み合わせ

DNAマイクロアレイの表面酵素反応のリアルタイム表面プラズモン共鳴（SPR）イメージング測定は、酵素吸着と表面酵素反応速度の両方の寄与を結び付ける速度論モデルを使用して分析されます。酵素分子（E）の表面不調存基質への1：1の結合の場合、全体的な酵素反応は、古典的なLangmuir吸着とMichaelis-Mentenの概念と3つのレート定数の観点から説明できます：酵素吸着（K（A））、酵素脱着（K（D））および酵素触媒（K（CAT））。溶液酵素動態とは対照的に、溶液中の酵素の量は、表面上の基質の量と比較して過剰です。さらに、中間酵素 - 基質複合体（ES）の表面濃度は時間とともに一定ではありませんが、反応が完了するとゼロになります。ただし、動的シミュレーションは、残りの未反応サイトのESの分数表面被覆率が、表面反応の過程で定常状態の値に達することを示しています。この定常状態の値は、k（a）[e] >> k（cat）の場合のラングミュア平衡値に近づきます。温度と酵素濃度の関数として、二本鎖DNAマイクロアレイ上のエクソヌクレアーゼIIIの3 ' - > 5'エキソオキシリボヌクレアーゼ活性を使用した実験を使用して、このモデルを適用してSPRイメージングデータを定量的に分析する方法を実証します。

Real-time surface plasmon resonance (SPR) imaging measurements of surface enzymatic reactions on DNA microarrays are analyzed using a kinetics model that couples the contributions of both enzyme adsorption and surface enzyme reaction kinetics. For the case of a 1:1 binding of an enzyme molecule (E) to a surface-immobilized substrate (S), the overall enzymatic reaction can be described in terms of classical Langmuir adsorption and Michaelis-Menten concepts and three rate constants: enzyme adsorption (k(a)), enzyme desorption (k(d)) and enzyme catalysis (k(cat)). In contrast to solution enzyme kinetics, the amount of enzyme in solution is in excess as compared to the amount of substrate on the surface. Moreover, the surface concentration of the intermediary enzyme-substrate complex (ES) is not constant with time, but goes to zero as the reaction is completed. However, kinetic simulations show that the fractional surface coverage of ES on the remaining unreacted sites does reach a steady-state value throughout the course of the surface reaction. This steady-state value approaches the Langmuir equilibrium value for cases where k(a)[E] >> k(cat). Experiments using the 3' --> 5' exodeoxyribonuclease activity of Exonuclease III on double-stranded DNA microarrays as a function of temperature and enzyme concentration are used to demonstrate how this model can be applied to quantitatively analyze the SPR imaging data.