Michaelis stała

Stałej Michaelisa (popularyzacji przez działanie Leonor Michaelisa (1875-1949) i Maud Menten (1879/60)), albo K m jest stałą charakteryzującą się reakcję enzymatyczną. Jest to jeden z dwóch parametrów enzymu, wykorzystywane w uproszczony Michaelis-Menten enzymatycznej Kinetics modelu , druga jest katalizator stały k cat enzymu (zwany również liczba obrotów lub t). W K m odpowiada wartości stężenia substratu, dla którego szybkość reakcji enzymatycznej równą połowie szybkości maksymalnej V max .

Ta stała, która ma wymiar od stężenia ( mol / litr ) jest związany do stałej dysocjacji z enzymem do jej podłoża , ale na ogół nie jest ściśle równa enzymu / substratu stałą dysocjacji, ale jest większa niż ta.

K m i aktywność enzymatyczna

Stała Michaelisa K m oznacza stężenie substratu, dla którego początkowa szybkość reakcji jest w połowie maksimum początkowa szybkość . Ta stała jest stężeniem, ma tę samą jednostkę: mol.L -1 .

Stała Michaelisa jest cechą charakterystyczną enzymu . Często K m różnych enzymów są dostosowane do wewnątrzkomórkowego stężenia ich substratów.

Bardziej K m jest wysoki , tym wyższe stężenie substratu wymagane do znaczącej aktywności enzymu jest duże. Na ogół odzwierciedla to niskie powinowactwo enzymu do jego substratu. Obserwuje się to w przypadku enzymów, których substraty są w wysokim stężeniu, w ich środowisku, lub które mają szerokie spektrum substratów i które mają stosunkowo wysoką K m . Na przykład proteazy .
Bardziej K m jest niska , bardziej aktywność enzymu ilość osiąga się przy niskim stężeniu substratu. Powinowactwo enzymu do substratu jest silne. Na ogół są to enzymy selektywne i / lub bardzo aktywne. Tak jest na przykład w przypadku peroksydaz , które muszą rozkładać toksyczne związki przy bardzo niskich stężeniach.

Model Michaelisa-Mentena

Rozważmy schemat kinetyczny: . Jest : ${\ Displaystyle E + S \ rightleftharpoons ES \ rightarrow E + P}$

E + S → ES , reakcja 1, o stałej szybkości drugiego rzędu k 1 ;
ES → E + S , reakcja -1, o stałej szybkości pierwszego rzędu k- 1 ;
ES → E + P , reakcja 2, o stałej szybkości pierwszego rzędu k 2 (nazywane również k kotów , ponieważ jest to czynność katalityczna);

gdzie E oznacza enzym, S substrat, ES kompleks enzym / substrat, a P produkt.

Staramy się obliczyć prędkość reakcji V i = d [ P ] / dt = k 2 [ ES ] na początku reakcji (prędkość początkowa ) oraz w warunkach, w których ta prędkość jest stacjonarna (niezależnie od czasu).

Na początku reakcji stężenie substratu nie miało jeszcze czasu na znaczące zmiany, dlatego można je uznać za stałe, co upraszcza obliczenia. Ponadto stężenie produktu reakcji jest wciąż małe, co pozwala pominąć reakcję odwrotną i ewentualnie zahamowanie enzymu przez produkt.

Jeśli szybkość reakcji jest stała (stacjonarna), oznacza to, że [ ES ] jest stała, tj. D [ ES ] / dt = 0. To przybliżenie nazywa się quasi-stacjonarnym przybliżeniem stanu (AEQS). Założenie to jest uzasadnione faktem, że stężenie enzymu jest małe w porównaniu ze stężeniami substratu i produktu, a zatem stężenie dowolnego katalitycznego związku pośredniego jest małe i stężenie to nie może się znacznie różnić w wartości bezwzględnej.

Niech [ E ] T będzie całkowitym stężeniem enzymu, a więc: [ E ] T = [ E ] + [ ES ], co jest równoważne: [ E ] = [ E ] T - [ ES ].
Hipoteza stacjonarności implikuje:
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 ])).
Teraz V i = k 2 [ ES ] = k 2 [ E ] T / (1+ ( K m / [ S ]).

Jeśli ułożenie V max = k 2 [ E ] T , to:

$V_ {i} = {V_ {max} \ cdot [S] \ ponad K_ {m} + [S]}$

$[S] \, \!$ : Stężenie substratu (w mol / l);
$V_ {i} \, \!$ : początkowa szybkość (to znaczy przy braku produktu) reakcji enzymatycznej dla stężenia substratu (w μmol / min); $[S] \, \!$
$V_ {max} \, \!$ : Maksymalna prędkość początkowa mierzona dla nasycającego stężenia substratu (w µmol / min);
Stała kinetyczna k 2 nazywana jest również stałą katalityczną k cat lub częstotliwością przemian enzymu. Jest to maksymalna liczba reakcji, które cząsteczka enzymu może katalizować w ciągu sekundy.
$K_ {m} \, \!$ : Stała Michaelisa specyficzna dla enzymu . Jest to stężenie substratu, przy którym początkowa szybkość reakcji jest równa (w mol / l). Odpowiada pozornej stałej dysocjacji podłoża. Należy jednak zauważyć, że stała Michaelisa nie jest ściśle stałą równowagi. Zgodnie z powyższym mechanizmem stała Michaelisa wynosi K m = (k -1 + k 2 ) / k 1 , a zatem jej wartość odbiega od wartości stałej dysocjacji k -1 / k 1 . ${V_ {max} \ ponad 2}$

Graficznie równanie Michaelisa jest gałęzią hiperboli .

Michaelis stała i inhibitory

Konkurencyjnym inhibitorem zwiększa stałą Michaelis, a tym samym zmniejsza powinowactwo.
Czysty niekonkurencyjny inhibitor nie zmienia stałej Michaelisa, ale zmienia v maks .
Mieszany (lub niekompetycyjny) inhibitor może zwiększać lub zmniejszać stałą Michaelisa i zmieniać v maks .

Zobacz też