Michaelis vakiona

Michaelis-vakio (suosituksi työn Leonor Michaelis (1875-1949) ja Maud Menten (1879-1960)), tai K- m , on vakio luonteenomaiset entsymaattisen reaktion. Se on yksi kahden parametrin entsyymin, jota käytetään yksinkertaistettu Michaelis-Menten- entsymaattinen Kinetics malli , toinen on entsyymin k cat katalyyttinen vakio (kutsutaan myös liikevaihdon numero , tai TON). K m vastaa arvoa substraatin pitoisuus, jolla entsymaattisen reaktion nopeus on yhtä suuri kuin puoli, että suurin nopeus V max .

Tämä vakio, joka on dimensio konsentraatio ( mol / litra ) liittyy dissosiaatiovakio entsyymin sen substraatti , mutta ei yleensä ole tarkasti sama kuin entsyymi / substraatti dissosiaatiovakio, mutta on suurempi kuin tämä.

K m ja entsymaattinen aktiivisuus

Michaelis-vakio K m on substraatin konsentraatio, jossa alkunopeus reaktion on puolet maksimi alkunopeus . Tämä vakio on pitoisuus, sillä on sama yksikkö: mol.L -1 .

Michaelis-vakio on entsyymin ominaisuus . Usein K m eri entsyymien on sovitettu solunsisäistä pitoisuutta niiden substraattien.

• Enemmän K m on korkea , sitä suurempi on substraatin konsentraatio, joka vaaditaan huomattavia entsyymin aktiivisuus on korkea. Tämä heijastaa yleensä entsyymin matalaa affiniteettia substraattiinsa. Tämä havaitaan entsyymejä, joiden substraatit ovat korkeina pitoisuuksina niiden ympäristössä, tai joilla on laaja substraattispesifisyys kirjo ja joilla on suhteellisen korkea K- m . Esimerkiksi proteaasit .
• Enemmän K m on alhainen , sitä enemmän suurimmasta entsyymiaktiivisuudesta saavutetaan alhaisessa substraatin pitoisuus. Entsyymin affiniteetti substraattiin on vahva. Ne ovat yleensä selektiivisiä ja / tai erittäin aktiivisia entsyymejä. Näin on esimerkiksi peroksidaasien kanssa , joiden on hajotettava myrkyllisiä yhdisteitä erittäin matalista pitoisuustasoista.

Michaelis-Menten-malli

Mieti kineettisen järjestelmän: . On : E+S⇌ES→E+P{\ displaystyle E + S \ rightleftharpoons ES \ rightarrow E + P}

• E + S → ES , reaktio 1, toisen asteen nopeusvakio k 1  ;
• ES → E + S , reaktio -1, ensimmäisen asteen nopeusvakion k -1  ;
• ES → E + P , reaktio 2, ensimmäisen kertaluvun nopeusvakio k 2 (joskus kutsutaan myös k cat , koska tämä on katalyyttinen vaihe);

jossa E tarkoittaa entsyymiä, S substraattia, ES entsyymi / substraatti kompleksia ja P tuotetta.

Pyrimme laskemaan reaktion nopeuden V i = d [ P ] / dt = k 2 [ ES ] reaktion alussa ( alkunopeus ) ja olosuhteissa, joissa tämä nopeus on paikallaan (ajasta riippumatta).

• Reaktion alkaessa substraattikonsentraatiolla ei ole vielä ollut aikaa vaihdella merkittävästi, joten sitä voidaan pitää vakiona, mikä yksinkertaistaa laskelmia. Lisäksi reaktiotuotepitoisuus on edelleen pieni, mikä tekee mahdolliseksi laiminlyödä käänteinen reaktio ja mahdollisesti tuotteen entsyymin estäminen.

• Jos reaktionopeus on vakio (paikallaan), tämä tarkoittaa, että [ ES ] on vakio, ts. D [ ES ] / dt = 0. Tätä likiarvoa kutsutaan kvasi-stationaarisen tilan approksimoinniksi (AEQS). Tämä oletus on perusteltu sillä, että entsyymikonsentraatio on pieni verrattuna substraatin ja tuotteen konsentraatioihin, ja siksi minkä tahansa katalyyttisen välituotteen konsentraatio on pieni, eikä tämä pitoisuus voi vaihdella paljoakaan absoluuttisesti.

Olkoon [ E ] T entsyymin kokonaispitoisuus ja sitten: [ E ] T = [ E ] + [ ES ], joka vastaa: [ E ] = [ E ] T - [ ES ].
Statsinaarisuushypoteesi tarkoittaa:
k 1 [ E ] [ S ] - ( k -1 [ ES ] + k 2 [ ES ]) = 0
⇔ k 1 [ E ] T [ S ] - k 1 [ ES ] [ S ] - ( k -1 [ ES ] + k 2 [ ES ]) = 0
⇔ [ ES ] ( k 1 [ S ] + k -1 + k 2 ) = k 1 [ E ] T [ S ]
⇔ [ ES ] = k 1 [ E ] T [ S ] / ( k 1 [ S ] + k -1 + k 2 ) = [ E ] T / (1+ ( k -1 + k 2 / k 1 [ S ])).
Nyt V i = k 2 [ ES ] = k 2 [ E ] T / (1+ ( K m / [ S ]).

Jos asento V max = k 2 [ E ] T , niin:

Vi=Vmklox⋅[S]Km+[S]{\ displaystyle V_ {i} = {V_ {max} \ cdot [S] \ yli K_ {m} + [S]}}

Kanssa:

• [S]{\ displaystyle [S] \, \!} : Substraatin pitoisuus (mol / l);
• Vi{\ displaystyle V_ {i} \, \!} : entsymaattisen reaktion alkunopeus (ts. tuotteen puuttuessa) substraattikonsentraatiolle (μmol / min);[S]{\ displaystyle [S] \, \!}
• Vmklox{\ displaystyle V_ {max} \, \!} : Suurin alustanopeus mitattuna kyllästävälle substraattikonsentraatiolle (µmol / min);
• Kineettinen vakio k 2 kutsutaan myös katalyyttinen vakio k cat , tai taajuus liikevaihdon entsyymin. Tämä on enimmäismäärä reaktioita, joita entsyymimolekyyli voi katalysoida sekunnissa.
• Km{\ displaystyle K_ {m} \, \!} : Entsyymikohtainen Michaelis- vakio . Tämä on substraatin pitoisuus, jolle alkuperäinen reaktionopeus on yhtä suuri (mol / l). Se vastaa substraatin näennäistä dissosiaatiovakioa . On kuitenkin huomattava, että Michaelis-vakio ei ole ehdottomasti tasapainovakio. Edellä olevan mekanismi, Michaelis-vakio on K m = (k -1 + k 2 ) / k 1 , ja sen arvo sen vuoksi poikkeaa että dissosiaatiovakion k -1 / k 1 .Vmklox2{\ displaystyle {V_ {max} \ yli 2}}

Graafisesti Michaelis-yhtälö on hyperbolan haara .

Michaelis-vakio ja estäjät

Kilpailukykyinen estäjä lisää Michaelis-vakio ja näin ollen vähentää affiniteettia.
Puhdas ei-kilpaileva estäjä ei vaihda Michaelis-vakiota, mutta vaihtelee v max .
Sekoitettu (tai kilpailukykyinen) estäjä voi lisätä tai vähentää Michaelis-vakiota ja vaihdella v max .

Katso myös