Difuzijski limitirani enzim

[thumb|200px|Distribucija poznate [Enzimska kinetika|katalitske stope enzima (*kcat/KM*). Većina  enzima ima stopu oko 105 s−1M−1. Najbrži  enzima u tamnom boksu desno (>108 s−1M−1) su ograničeni limitom difuzije.)]]
**Difuzijski limitirani enzim**, poznat i kao **katalitski perfektan enzim**, je enzim  sa katalitskom reakcijom koja je tako efikasna da je stopa ograničavajućeg koraka  difuzija  supstrata u aktivno mjesto, ili difuzija proizvoda – napolje. Ovo je također poznato kao **kinetičkog savršenstvo** ili **katalitsko savršenstvo**. S obzirom da je stopa katalize takvih enzima određena  kontrolom difuzije, ono  predstavlja suštinsko, fizičko ograničenje za evoluciju (maksimalna visina  fitnesa u određenom okruženju). Difuzijom ograničeni,  savršeni enzimi su vrlo rijetki. Većina enzima kataliziraju  reakcije  brzinom koja je oko 1.000-10.000 puta sporija od tog ograničenja. To je zbog toga što  je ograničenje  teška hemijska  reakcija, a evolucijska ograničenja koja imaju tako visoke stope reakcija,  ne daju nikakav dodatni  fitnes.

## Historija
[thumb |200px|Ilustracija (a) Alberty-Hammes-Eigenovog  modela i  (b) Chouovog modela E je enzim čije  je[aktivno mjesto označeno crveno,  a supstrat  S – plavo.]]
Teoriju difuzijski kontrolirane reakcije su originalno predložili R.A. Alberty, Gordon Hammes i Manfred Eigen u procjeni  gornjeg limita reakcije enzim-supstrat. Prema njihovoj procjeni, gornji limit reakcije enzim-supstrat bio je  109 M−1 s−1.
U 1972., u dehidraciji  H2CO3 koja je katalizirana ugljik anhidrazom, stopa konstante drugog reda, koja je dobijena eksperimentalno, bila  je oko 1.5 × 1010 M−1 s−1, što je bila jedna red veličine većih od gornje granice  koju su procijenili Alberty, Hammes i Eigen, zasnovano na pojednostavljenom modelu.

Za rješavanje takvog paradoksa, Kuo-Chen Chou i njegovi suradnici predložili su  model  koji uzima u obzir prostorni faktor i snaga na terenu između enzima i njegove podloge i otkrili da gornja granica može dostići 1010 M−1 s−1, i može objasniti iznenađujuće visoke stope reakcije u molekularnoj biologiji.

Novi gornji limit koji su našli   Chou et al.  Za reakciju enzim-supstrat  je dalje didkutiran i analiziran u više istraživanja. 

U narednim radovima, detaljno analizirano poređenje između pojednostavljenog Alberty-Hammes-Eigenovog modela  (**a**) i  Chouovog modela  (**b**),  u kalkulaciji difuzijom kontrolirane stope reakcije.

## Mehanizam
Kinetički perfektni enzimi imaju  konstantu specifičnosti, *k*cat/*K*m, na razini 108 to 109 M−1 s−1. Ova stopa  enzimski kataliziranih reakcija je ograničena difuzijom i tako enzim procesuira  supstrat i prije nego što naiđe druga molekula. 
Neki enzimi djeluju uz  kinetiku koja je brža od stope difuzije, što je,  čini se, nemoguće. Nekoliko mehanizama je  prizivano i da objasne ovaj fenomen.  Za neke proteine se vjeruje da ubrzavaju katalizu povlačenjem svoje podloge i preusmjeravaju ih pomoću dipolarnog električnog polja. Neki se pozivaju na kvantno-mehaničko tuneliranje. **Objašnjenje u kojem proton ili elektron može tunelirati  kroz aktivirane barijere, iako protonsko tuneliranje ostaje pomalo kontroverzna ideja**.(popraviti prijevod)

## Evolucija
Važno je napomenuti da nema mnogo kinetički savršenih enzima. To se može objasniti  djelovanjem  prirodne selekcije. Povećanje katalitičke brzine može biti favorizirano  jer može donijeti  neke  prednosti za organizam. Međutim, kada katalitska brzina nadmašuje brzinu difuzije (odnosno podloge ulaze i izlaze iz aktivnog mjesta i susreću sa podlogom) ne postoji više prednost, ako se još više poveća brzina. Granica difuzije predstavlja apsolutno fizičko ograničenje u evoluciji.  Povećanje prošle katalitske brzine i brzina difuzije neće pomoći organizmu na bilo koji način i tako predstavlja globalni maksimum u fitnesu na okoliš. Stoga ova savršena enzima mora da je došlo do "sreće" random mutacija koji se dogodilo da se širi, ili zato što je veće brzine je nekada bila korisna kao dio različitih reakcija u poreklo enzima.

## Primjeri 
* Acetilholin esteraza
* β-laktamaze
* Katalaza
* Karboanhidraza
* Citohrom c peroksidaza
* Fumaraza
* Superoksid dismutaza
* Triozafosfat izomeraza

## Reference
Kategorija:Kataliza
Kategorija:Enzimska kinetika