优化酶催化剂以实现底物快速转化并降低酶 sequestrations

我们从最小化酶因结合而承受的负载、同时维持至少最小反应通量的角度，分析酶-底物催化机制。具体而言，我们探讨：在维持某一最小通量的同时，酶-底物和酶-产物反应中间体的哪些结合自由能可使结合态酶所占比例最小？在合理的生物物理假设下，我们发现最优设计将使最小通量边界饱和，并反映出催化运作中的基本权衡。若两种结合自由能均过高，则 sequestrations 较低，但反应的有效推进受阻。若两种结合自由能均过低，则 sequestrations 较高，且在极端情况下反应通量也可能受抑。因此最优结合自由能既非过高也非过低，而是适中。此外，底物与产物结合自由能的最优差值（其贡献于反应的热力学驱动力）总体上受产物与反应物间本征自由能差的强烈约束。利用负结合自由能差驱动催化剂结合态反应向前、以及利用正结合自由能差增强产物解离这两种策略，其效能均有限。