简单酶促反应中的动态无序诱导底物的随机放大

越来越多的证据指出，许多酶表现出其催化活性的波动，这些波动与广泛时间尺度上的构象变化相关。由于单分子酶学测量技术的进展，这种被称为动态无序的现象的实验研究已成为可能，通过这些技术可以随时间追踪单个酶分子的催化活性。在诸如活细胞等酶数量较少的系统中，这些波动的生物学作用和重要性直到最近才开始被探索。在这项工作中，我们研究了一个简单的随机反应系统，其由流入的底物和一个具有随机波动催化反应速率的酶组成，该酶将底物转化为流出的产物。为了解析地描述速率波动对稳态平均底物丰度的影响，我们推导了一个显式公式，将酶波动的相对速度与平均底物水平联系起来。我们证明，速率波动的相对速度可对平均底物产生戏剧性影响，并导致相对于基于确定性酶活动假设预测值的较大正偏差。我们的结果还建立了放大效应与描述酶活动波动的马尔可夫过程的混合性质之间的有趣联系，这可用于轻松预测使得此类偏差变得可忽略的波动速度阈值。随着单分子酶学技术的不断发展，不久或将可能研究活细胞内由于酶活动波动引起的随机现象。我们的工作可用于提出可实验检验的假设，关于这些波动的幅度及其表型后果。