Съдържание
- Ензимна кинетика
- Кинетика на Michaelis-Menten
- Кооперативно обвързване
- Уравнението на Хил
- Коефициентът на хълма
"Коефициент на хълм" звучи като термин, който се отнася до стръмността на степен. Всъщност терминът му в биохимията, който се отнася до поведението на свързването на молекулите, обикновено в живите системи. Това е безразделно число (тоест няма мерни единици като метри в секунда или градуси на грам), което корелира с кооперативност на свързването между изследваните молекули. Стойността му е емпирично определена, което означава, че се изчислява или извлича от графика на свързани данни, вместо да се използва сама за подпомагане на генерирането на такива данни.
Казано по друг начин, коефициентът на Хил е мярка за степента, в която поведението на свързване между две молекули се отклонява от хиперболичен връзка, очаквана в такива ситуации, при които скоростта на свързване и последваща реакция между двойка молекули (често ензим и неговия субстрат) първоначално се повишава много бързо с увеличаване на концентрацията на субстрата, преди кривата на скоростта спрямо концентрацията да се изравнява и да се приближава теоретичен максимум, без да стига дотам. Графиката на такава връзка по-скоро прилича на горния ляв квадрант на кръг. Вместо това са графиките на кривите на скоростта спрямо концентрацията за реакции с високи коефициенти на Хил сигмоидалнаили s-образна.
Тук има много неща за разопаковане по отношение на основата на коефициента на Hill и свързаните с него термини и как да се постигне определянето на стойността му в дадена ситуация.
Ензимна кинетика
Ензимите са протеини, които увеличават скоростта на определени биохимични реакции с огромни количества, което им позволява да преминат навсякъде от хиляди пъти по-бързо до хиляди трилиони пъти по-бързо. Тези протеини правят това, като намаляват активационната енергия Eа на екзотермични реакции. Екзотермичната реакция е тази, при която се отделя топлинна енергия и следователно има тенденция да протича без външна помощ. Въпреки че продуктите имат по-ниска енергия от реагентите в тези реакции, енергийният път за достигане до там обикновено не е постоянен наклон надолу. Вместо това има "енергийна гърбица", за да се преодолее, представена от Еа.
Представете си, че шофирате от вътрешността на САЩ, на около 1000 фута над морското равнище, до Лос Анджелис, който е на Тихия океан и ясно на морско ниво. Не можете просто да крайбрежите от Небраска до Калифорния, защото между тях се намират Скалистите планини, магистралите, пресичащи които се изкачват до над 5000 фута над морското равнище - а на някои места магистралите се изкачват до 11 000 фута над морското равнище. В тази рамка помислете за ензим като за нещо, което може значително да намали височината на тези планински върхове в Колорадо и да направи цялото пътуване по-малко тежко.
Всеки ензим е специфичен за определен реагент, наречен a субстрат в този кон. По този начин ензимът е като ключ, а субстратът, за който е специфичен, е като ключалката, която ключът е създаден по уникален начин. Връзката между субстратите (S), ензимите (E) и продуктите (P) може да бъде представена схематично чрез:
E + S ⇌ ES → E + P
Двунасочната стрелка вляво показва, че когато ензим се свърже към своя „назначен“ субстрат, той може да стане несвързан или реакцията може да продължи и да доведе до продукт (и) плюс ензима в първоначалния му вид (ензимите са само временно променени, докато катализиращи реакции). Еднопосочната стрелка вдясно, от друга страна, показва, че продуктите на тези реакции никога не се свързват с ензима, който е помогнал за създаването им, след като комплексът ES се раздели на съставните му части.
Ензимната кинетика описва колко бързо тези реакции продължават към завършване (тоест колко бързо се генерира продукт (като функция от концентрацията на ензим и субстрат, налични, написани и. Биохимиците измислят различни графики от тези данни, за да го направят) възможно най-визуално.
Кинетика на Michaelis-Menten
Повечето двойки ензим-субстрат се подчиняват на просто уравнение, наречено формула на Майкъл-Ментен. В горната връзка се наблюдават три различни реакции: Комбинирането на E и S в комплекс ES, дисоциацията на ES на съставните му E и S и превръщането на ES в E и P. Всяка от тези три реакции има своите констант на собствената скорост, които са k1, к-1 и к2, в този ред.
Скоростта на появата на продукта е пропорционална на константата на скоростта за тази реакция, k2и до концентрацията на ензимно-субстратен комплекс, присъстващ по всяко време,. Математически това е написано:
dP / dt = k2
Дясната страна на това може да се изрази като и. Производството не е важно за настоящите цели, но това позволява да се изчисли уравнението на скоростта:
dP / dt = (k20) / (Km+)
По същия начин скоростта на реакцията V се определя от:
V = Vмакс/ (Km+)
Константата на Михаилис Кm представлява концентрацията на субстрата, с която скоростта протича при нейната теоретична максимална стойност.
Уравнението на Lineweaver-Burk и съответният график е алтернативен начин за изразяване на същата информация и е удобен, тъй като неговата графика е права линия, а не експоненциална или логаритмична крива. Той е реципрочен на уравнението на Майкълс-Ментен:
1 / V = (Km+) / Vmax = (Km/ Vмакс) + (1 / Vмакс )
Кооперативно обвързване
Някои реакции по-специално не се подчиняват на уравнението на Майкълс-Ментен. Това е така, защото тяхното свързване се влияе от фактори, които уравнението не взема предвид.
Хемоглобинът е протеинът в червените кръвни клетки, който се свързва с кислорода (О2) в белите дробове и го транспортира до тъкани, които го изискват за дишане. Изключително свойство на хемоглобина A (HbA) е, че той участва в съвместното свързване с O2, Това по същество означава, че при много високи О2 концентрации, като тези, срещащи се в белите дробове, HbA има много по-висок афинитет към кислород, отколкото стандартен транспортен протеин, при спазване на обичайната хиперболична връзка протеин-съединение (миоглобин е пример за такъв протеин). При много ниско О2 концентрации, обаче, HbA има много по-нисък афинитет към О2 отколкото стандартен транспортен протеин. Това означава, че HbA нетърпеливо поглъща О2 където той е изобилен и също толкова нетърпеливо отстъпва от него, където е оскъден - точно това, което е необходимо в протеина, пренасящ кислород. Това води до сигмоидалната крива на свързване спрямо налягане, наблюдавана с HbA и O2, еволюционна полза, без която животът със сигурност щеше да протече със значително по-малко ентусиазирани темпове.
Уравнението на Хил
През 1910 г. Арчибалд Хил изследва кинематиката на О2-свързване на хемоглобина. Той предложи Hb да има определен брой свързващи сайтове, н:
P + nL ⇌ PLн
Тук P представлява налягането на О2 и L е кратък за лиганд, което означава всичко, което участва в свързването, но в този случай се отнася до Hb. Обърнете внимание, че това е подобно на част от уравнението субстрат-ензим-продукт по-горе.
Константата на дисоциация Kд за реакция е написано:
н /
Като има предвид, че фракцията на заетите места за свързване ϴ, която варира от 0 до 1.0, се дава от:
ϴ = н/ (Kд +н)
Събирането на всичко това дава една от многото форми на уравнението на Хил:
log (ϴ /) = n log pO2 - лог P50
Където P50 е налягането, при което половината от О2 сайтовете за свързване на Hb са заети.
Коефициентът на хълма
Формата на уравнението на Хил, предоставено по-горе, е от общата форма y = mx + b, известна още като формула за пресичане на наклон. В това уравнение m е наклона на линията и b е стойността на y, при която графиката, права линия, пресича оста y. Така наклонът на уравнението на Хил е просто n. Това се нарича коефициентът на Хил или nН, За миоглобина стойността му е 1, тъй като миоглобинът не се свързва съвместно с О2, За HbA обаче тя е 2,8. Колкото по-високо е nН, толкова по-сигмоидална е кинетиката на изследваната реакция.
Коефициентът на Хил е по-лесен за определяне от проверката, отколкото чрез извършване на необходимите изчисления, и приблизително обикновено е достатъчно.