Vsebina
"Koeficient hriba" zveni kot izraz, ki se nanaša na strmost ocene. Pravzaprav je izraz v biokemiji, ki se nanaša na vedenje vezave molekul, običajno v živih sistemih. To je enotna številka (to je, da nima merskih enot, kot so metri na sekundo ali stopinje na gram), ki je v korelaciji z kooperativnost vezave med preiskovanimi molekulami. Njegova vrednost je empirično določena, kar pomeni, da se oceni ali izhaja iz grafa povezanih podatkov, namesto da se sam uporablja za ustvarjanje takih podatkov.
Povedano drugače, Hill-ov koeficient je merilo, v kakšnem obsegu vezave med dvema molekulama odstopa od hiperbolični razmerje, pričakovano v takih situacijah, ko se hitrost vezave in kasnejša reakcija med parom molekul (pogosto encimom in njegovim substratom) sprva zelo hitro dvigne z naraščajočo koncentracijo substrata, preden se krivulja hitrosti proti koncentraciji izravna in se približa teoretični maksimum, ne da bi prišli do tja. Graf takega razmerja precej spominja na zgornji levi kvadrant kroga. Namesto tega so grafov krivulj hitrosti in koncentracije za reakcije z visokimi Hillovimi koeficienti sigmoidnoali v obliki črke s.
Tukaj je treba veliko razpakirati glede osnove koeficienta Hill in s tem povezanih izrazov ter kako določiti njegovo vrednost v dani situaciji.
Encimska kinetika
Encimi so beljakovine, ki zvišajo hitrost določenih biokemičnih reakcij v ogromnih količinah in jim omogočajo, da začnejo od kjer koli od tisočkrat hitreje do tisoč trilijonov krat hitreje. Ti proteini to storijo z znižanjem aktivacijske energije Ea eksotermičnih reakcij. Eksotermična reakcija je tista, pri kateri se sprošča toplotna energija in se zato nadaljuje brez zunanje pomoči. Čeprav imajo proizvodi v teh reakcijah nižjo energijo od reaktantov, vendar energijska pot do tja ponavadi ni strm navzdol. Namesto tega je na voljo "energijska grba", ki jo predstavlja Ea.
Predstavljajte si, da se vozite iz notranjosti ZDA, približno 1000 čevljev nadmorske višine, v Los Angeles, ki je na Tihem oceanu in očitno na morski ravni. Od Nebraske do Kalifornije preprosto ne morete obale, saj vmes ležijo Skalne gore, avtoceste, ki se prečkajo na dobrih 5000 metrov nadmorske višine - na nekaterih mestih se avtoceste povzpnejo tudi do 11.000 čevljev nadmorske višine. V tem okviru pomislite na encim kot na nekaj, kar lahko močno zniža višino gorskih vrhov v Koloradu in celotno potovanje naredi manj naporno.
Vsak encim je specifičen za določen reaktant, imenovan a substrat v tej kon. Encim je na ta način podoben ključu, substrat, za katerega je specifičen, pa je kot ključavnica, ki je ključ edinstveno zasnovan za odpiranje. Razmerje med substrati (S), encimi (E) in produkti (P) je lahko shematično predstavljeno z:
E + S ⇌ ES → E + P
Dvosmerna puščica na levi strani kaže, da se lahko, ko se encim veže na "dodeljeni" substrat, bodisi nevezan ali reakcija lahko nadaljuje in ima za posledico proizvod (e) in encim v prvotni obliki (encimi so le začasno spremenjeni, medtem ko reakcije kataliziranja). Po drugi strani enosmerna puščica na desni strani kaže, da se proizvodi teh reakcij nikoli ne vežejo na encim, ki jim je pomagal ustvariti, ko se kompleks ES loči na njegove sestavne dele.
Encimska kinetika opisuje, kako hitro se te reakcije zaključijo (to je, kako hitro nastane produkt (kot funkcija koncentracije prisotnih encimov in substratov, zapisani in. Biokemiki so pripravili različne grafe teh podatkov, da bi jih lahko) kar se da vizualno smiselno.
Michaelis-Menten Kinetika
Večina parov encim-substrat posluša preprosto enačbo, imenovano formula Michaelis-Menten. V zgornjem razmerju se pojavljajo tri različne reakcije: Združevanje E in S v kompleks ES, disocijacija ES na sestavni deli E in S ter pretvorba ES v E in P. Vsaka od teh treh reakcij ima svoje konstanta lastne stopnje, ki so k1, k-1 in k2, v tem vrstnem redu.
Hitrost videza izdelka je sorazmerna s konstanto hitrosti za to reakcijo, k2in koncentraciji encimsko-substratnega kompleksa, ki je kadar koli prisoten,. Matematično je zapisano:
dP / dt = k2
Desna stran tega se lahko izrazi z in. Izpeljava ni pomembna za sedanje namene, vendar to omogoča izračun enačbe stopnje:
dP / dt = (k20) / (Km+)
Podobno hitrost reakcije V dobimo z:
V = Vmaks/ (Km+)
Michaelisova stalnica Km predstavlja koncentracijo substrata, s katero se hitrost nadaljuje po svoji največji teoretični vrednosti.
Enačba Lineweaver-Burk in pripadajoča ploskev je alternativni način izražanja istih informacij in je primeren, ker je njegov graf ravna črta in ne eksponentna ali logaritmična krivulja. Je vzajemna enačba Michaelis-Menten:
1 / V = (Km+) / Vmax = (Km/ Vmaks) + (1 / Vmaks )
Zadružna vezava
Nekatere reakcije zlasti ne upoštevajo enačbe Michaelis-Menten. To je zato, ker na njihovo vezavo vplivajo dejavniki, ki jih enačba ne upošteva.
Hemoglobin je protein v rdečih krvnih celicah, ki se veže na kisik (O2) v pljučih in ga prenaša v tkiva, ki ga potrebujejo za dihanje. Izjemna lastnost hemoglobina A (HbA) je, da sodeluje pri kooperativni vezavi z O2. To v bistvu pomeni, da pri zelo visoki O2 koncentracije, kot so tiste, ki se srečujejo v pljučih, ima HbA veliko večjo naklonjenost kisiku kot standardni transportni protein, ob upoštevanju običajnega hiperboličnega razmerja beljakovine in spojine (mioglobin je primer takega proteina). Pri zelo nizkem O2 koncentracije, vendar ima HbA veliko nižjo afiniteto do O2 kot standardni transportni protein. To pomeni, da HbA nestrpno pokuka na O2 kjer je obilna in prav tako nestrpno odstopa od tam, kjer je malo - točno tisto, kar je potrebno v beljakovinah, ki prenašajo kisik. To ima za posledico sigmoidno krivuljo vezanja in tlaka, ki jo vidimo s HbA in O2, evolucijska korist, brez katere bi se življenje zagotovo odvijalo v bistveno manj navdušenem tempu.
Hiljeva enačba
Leta 1910 je Archibald Hill raziskal kinematiko O2vezava hemoglobina Predlagal je, da ima Hb določeno število zavezujočih mest, n:
P + nL ⇌ PLn
Tukaj P predstavlja tlak O2 in L je kratek za ligand, kar pomeni vse, kar sodeluje pri vezavi, vendar se v tem primeru nanaša na Hb. Upoštevajte, da je to podobno kot del zgornje enačbe substrat-encim-izdelek.
Konstanta disociacije Kd za reakcijo je napisano:
n /
Ker se delež okupiranih vezavnih mest sites, ki se giblje od 0 do 1,0, poda z:
ϴ = n/ (Kd +n)
Če vse to sestavimo skupaj, je ena od mnogih oblik Hillove enačbe:
log (ϴ /) = n dnevnik pO2 - dnevnik P50
Kjer P50 je tlak, pri katerem je polovica O2 vezavna mesta na Hb so zasedena.
Koeficient Hill
Zgoraj navedena oblika Hill-ove enačbe ima splošno obliko y = mx + b, znano tudi kot formula za prekrižanje naklona. V tej enačbi je m naklon premice in b vrednost y, pri kateri graf, ravna črta, prečka os y. Tako je naklon Hillove enačbe preprosto n. To se imenuje Hill-ov koeficient ali nH. Za mioglobin je njegova vrednost 1, ker se mioglobin ne veže kooperativno na O2. Za HbA pa je 2,8. Višji je nH, bolj sigmoidna je kinetika proučene reakcije.
Hill-ov koeficient je lažje določiti z inšpekcijskim pregledom kot z ustreznimi izračuni in običajno je dovolj približek.