An Autocatalytic Step in the Reaction Cycle of Hydrogenase from Thiocapsa roseopersicina Can Explain the Special Characteristics of the Enzyme Reaction

Abstract

A moving front has been observed as a special pattern during the hydrogenase-catalyzed reaction of hydrogen uptake with benzyl viologen as electron acceptor in a thin-layer reaction chamber. Such fronts start spontaneously and at random times at different points of the reaction chamber; blue spheres are seen expanding at constant speed and amplitude. The number of observable starting points depends on the hydrogenase concentration. Fronts can be initiated by injecting either a small amount of completed reaction mixture or activated hydrogenase, but not by injecting a low concentration of reduced benzyl viologen. These characteristics are consistent with an autocatalytic reaction step in the enzyme reaction. The special characteristics of the hydrogen-uptake reaction in the bulk reaction (a long lag phase, and the enzyme concentration dependence of the lag phase) support the autocatalytic nature. We conclude that there is at least one autocatalytic reaction step in the hydrogenase-catalyzed reaction. The two possible autocatalytic schemes for hydrogenase are prion-type autocatalysis, in which two enzyme forms interact, and product-activation autocatalysis, where a reduced electron acceptor and an inactive enzyme form interact. The experimental results strongly support the occurrence of prion-type autocatalysis.

Site-Specific Tryptophan Oxidation Induced by Autocatalytic Reaction of Polysorbate 20 in Protein Formulation

“…2 for the Fab drug product lots. Such a kinetic profile has been reported for autocatalytic reactions, a mechanism in which at least one of the products acts as a catalyst to further promote the reaction (32)(33)(34)(35).…”

Autokatalitikus reakcióhálók bioinspirált rendszerekben

“…A fématomok a kisebb alegységben három Fe-S klaszterbe, míg a nagyobb alegységben egy Ni-Fe aktív centrumba rendeződnek [57,58]. A hidrogenáz enzimhez anaerob körülmények között egy elektronakceptor molekulát, benzil-viologént adva -melynek redukált színe lila -állandó sebességgel terjedő reakciófrontok indulnak el (8. ábra) [59].…”

“…• A megfigyelések szerint kémiai front a termékoldat vagy az aktivált hidrogenáz befecskendezésével iniciálható, azaz az autokatalízis valószínűsíthetően egy vagy két enzimformához köthető. Az eredmények azt sugallták, hogy prion típusú az autokatalízis, azaz a folyamat során az enzim két konformerje lép egymással kölcsönhatásba [59].…”

“…• A frontterjedés sebessége arányosságot mutatott a teljes enzimkoncentráció négyzetgyökével, amely a négyzetes autokatalízis egyik indikátora [59,142,143].…”