Microcalorimetry as a tool in enzymatic kinetics research

Enzymes, as biocatalysts, are an important target of many therapies and are also of great industrial importance, which is why repeatable and accurate parameterization of enzymatic catalysis is very important. The most popular spectrophotometric detection method in enzymology, despite its low cost and speed, often cannot be used directly due to the inappropriate spectral properties of substrates and products. It is then necessary to use auxiliary enzymes, chemical modification of substrates or post-reaction analysis, which may increase the cost of measurement, extend its time or affect the accuracy. Isothermal titration calorimetry is a method widely used mainly for the characterization of inter-molecular interactions, however, its use in enzyme kinetics is gaining more and more recognition due to the direct measurement of the reaction rate using the universal parameter of heat, high sensitivity and low reagent consumption. This work discusses two strategies for conducting a kinetic calorimetric experiment and their applications. Enzymy jako katalizatory większości procesów w organizmach żywych stanowią istotny cel wielu terapii, mają też duże znaczenie przemysłowe, dlatego powtarzalna i dokładna parametryzacja katalizy enzymatycznej jest bardzo istotna nie tylko w badaniach podstawowych, ale też wdrożeniowych. Najbardziej popularna w enzymologii metoda detekcji spektrofotometrycznej, mimo niskich kosztów i szybkości, często nie może być zastosowana bezpośrednio z uwagi na nieodpowiednie właściwości spektralne substratów i produktów. Konieczne jest wtedy korzystanie z pomocniczych enzymów, modyfikacji chemicznej substratów, bądź analizy poreakcyjnej, np. przy użyciu spektrometrii mas, co może zwiększać koszty pomiaru, wydłużać jego czas, bądź wpływać na dokładność oznaczeń. Izotermiczna kalorymetria miareczkowa jest metodą rozpowszechnioną głównie w celu charakterystyki oddziaływań między-molekularnych, jednakże jej użycie w kinetyce enzymatycznej zdobywa coraz większe uznanie z uwagi na bezpośredni pomiar prędkości reakcji przy użyciu uniwersalnego parametru jakim jest ciepło, brak konieczności stosowania sztucznych substratów lub przetwarzania poreakcyjnego, a także wysoką czułość i niskie zużycie reagentów. Niniejsza praca omawia dwie strategie przeprowadzania kinetycznego eksperymentu kalorymetrycznego,  a także ich przykładowe zastosowania.