Sisu
"Mäe koefitsient" kõlab terminina, mis puudutab hinde järsku. Tegelikult on see mõiste biokeemias seotud molekulide sidumise käitumisega, tavaliselt elavates süsteemides. See on ühikuteta arv (see tähendab, et sellel pole selliseid mõõtühikuid nagu meetrid sekundis või kraadid grammi kohta), mis korreleerub koostöö uuritavate molekulide vahelist seostumist. Selle väärtus määratakse kindlaks empiiriliselt, see tähendab, et seda hinnatakse või tuletatakse seotud andmete graafikust, selle asemel, et seda ise selliste andmete genereerimiseks kasutada.
Teisiti öeldes on Hilli koefitsient mõõt, mis näitab, mil määral kahe molekuli sidumiskäitumine erineb hüperboolne eeldatav suhe sellistes olukordades, kus molekulide paari (sageli ensüümi ja selle substraadi) vahelise seondumise ja sellele järgneva reaktsiooni kiirus tõuseb substraadi kontsentratsiooni suurenemisega väga kiiresti, enne kui kiiruse ja kontsentratsiooni kõver lameneb ja läheneb teoreetiline maksimum ilma päris sinna jõudmata. Sellise suhte graafik sarnaneb pigem ringi vasakpoolses ülanurgas. Selle asemel on kõrgete Hilli koefitsientidega reaktsioonide kiiruse ja kontsentratsiooni kõverate graafikud sigmoidaalnevõi s-kujuline.
Siin on palju lahti pakkida, mis puudutab Hilli koefitsiendi alust ja sellega seotud termineid ning kuidas selle väärtust antud olukorras kindlaks teha.
Ensüümi kineetika
Ensüümid on valgud, mis suurendavad konkreetsete biokeemiliste reaktsioonide kiirust tohutute koguste abil, võimaldades neil kulgeda tuhandetest kordadest kiiremini tuhandete triljonite korda kiiremini. Need valgud teevad seda, vähendades aktiveerimisenergiat Ea eksotermilistest reaktsioonidest. Eksotermiline reaktsioon on selline, milles vabaneb soojusenergia ja mis kipub seetõttu toimuma ilma igasuguse välise abita. Ehkki nendes reaktsioonides on toodetel vähem energiat kui reagentidel, ei ole energeetiline tee sinna jõudmiseks tavaliselt ühtlane allapoole suunatud kalle. Selle asemel on üle saamiseks "energiakübar", mida esindab Ea.
Kujutage ette, kuidas sõidate USA sisemusest, umbes 1000 jalga merepinnast, Los Angelesse, mis asub Vaikse ookeani ääres ja selgelt merepinnal. Nebraskast Kaliforniani ei saa lihtsalt rannikul liikuda, sest nende vahel asuvad Kivised mäed, mille ristumisteed ületavad merepinnast tublisti enam kui 5000 jalga - ja mõnel pool ronivad maanteed 11 000 jalga merepinnast kõrgemale. Mõelge selles raamistikus ensüümile, mis suudaks Colorado mäetippude kõrgust tunduvalt vähendada ja muuta kogu teekond vähem vaevaliseks.
Iga ensüüm on spetsiifiline konkreetse reagendi suhtes, mida nimetatakse a substraat selles ühenduses Sel viisil on ensüüm nagu võti ja substraat, mille jaoks see on spetsiifiline, on nagu lukk, mille võti on ainulaadselt loodud avama. Substraatide (S), ensüümide (E) ja produktide (P) suhet saab skemaatiliselt kirjeldada järgmiselt:
E + S ⇌ ES → E + P
Kahesuunaline nool vasakul näitab, et kui ensüüm seostub selle "määratud" substraadiga, võib see muutuda seondumata või reaktsioon võib toimuda ning tulemuseks on toode (ed) pluss ensüüm algsel kujul (ensüüme modifitseeritakse ajutiselt ainult katalüüsivad reaktsioonid). Parempoolne ühesuunaline nool seevastu näitab, et nende reaktsioonide produktid ei seo kunagi ensüümi, mis aitas neid luua, kui ES-i kompleks jaguneb selle osadeks.
Ensüümi kineetika kirjeldab, kui kiiresti need reaktsioonid kulgevad (st kui kiiresti toode tekib) (sõltuvalt olemasoleva ensüümi ja substraadi kontsentratsioonist, kirjutatud ja. Biokeemikud on selle teabe saamiseks koostanud mitmesuguseid graafikuid võimalikult visuaalselt sisukas.
Michaelis-Menten Kinetics
Enamik ensüüm-substraadipaare järgib lihtsat võrrandit, mida nimetatakse Michaelis-Menteni valemiks. Ülaltoodud seostes toimub kolm erinevat reaktsiooni: E ja S ühendamine ES kompleksiks, ES dissotsieerumine selle koostisosadeks E ja S ning ES muundamine E ja P. Igal neist kolmest reaktsioonist on oma oma kiiruskonstant, mis on k1, k-1 ja k2, selles järjekorras.
Produkti väljanägemise kiirus on võrdeline selle reaktsiooni kiiruskonstandiga, k2, ja igal ajal esineva ensüümi-substraadi kompleksi kontsentratsioonini. Matemaatiliselt kirjutatakse see:
dP / dt = k2
Selle parempoolset külge saab väljendada nii ja. Tuletus pole tänapäeval oluline, kuid see võimaldab arvutada kiiruse võrrandi:
dP / dt = (k20) / (Km+)
Sarnaselt antakse reaktsiooni kiirus V järgmise valemiga:
V = Vmax/ (Km+)
Michaeli konstant Km tähistab substraadi kontsentratsiooni, mille juures kiirus saavutab selle teoreetilise maksimaalse väärtuse.
Lineweaveri-Burki võrrand ja sellele vastav graafik on sama teabe avaldamise alternatiivne viis ja see on mugav, kuna selle graafik on sirge, mitte eksponentsiaalne või logaritmiline kõver. See on Michaelis-Menteni võrrandi vastastikune:
1 / V = (Km+) / Vmax = (Km/ Vmax) + (1 / Vmax )
Ühistu köitmine
Mõnedes reaktsioonides ei järgita Michaelis-Menteni võrrandit. Selle põhjuseks on asjaolu, et nende sidumist mõjutavad tegurid, mida võrrand ei võta arvesse.
Hemoglobiin on punaste vereliblede valk, mis seondub hapnikuga (O2) kopsudes ja transpordib seda kudedesse, mis vajavad seda hingamiseks. Hemoglobiini A (HbA) silmapaistvaks omaduseks on see, et see osaleb O-ga ühinemisel2. See tähendab sisuliselt seda, et väga kõrge O juures2 kontsentratsioonides, nagu näiteks kopsudes, on HbA-l afiinsus hapniku suhtes palju suurem kui tavalisel transpordivalgul, mis vastab tavalisele hüperboolse valgu ja ühendi suhtele (müoglobiin on sellise valgu näide). Väga madala O juures2 kontsentratsioonides, on HbA afiinsus O suhtes siiski palju madalam2 kui tavaline transpordivalk. See tähendab, et HbA guugeldab innukalt O-d2 kus seda on palju ja loobub sama innukalt sinna, kus seda napib - täpselt seda, mida on vaja hapniku transportvalgus. Selle tulemuseks on sigmoidaalse seondumise ja rõhu kõver HbA ja O korral2, evolutsiooniline eelis, ilma milleta kulgeks elu kindlasti oluliselt vähem entusiastlikus tempos.
Hilli võrrand
1910. aastal uuris Archibald Hill O kinemaatikat2-hemoglobiini sidumine. Ta tegi ettepaneku, et Hb-l on konkreetne arv sidumissaite, n:
P + nL ⇌ PLn
Siin tähistab P O rõhku2 ja L on lühike ligand, mis tähendab kõike, mis osaleb seostumises, kuid antud juhul viitab see Hb-le. Pange tähele, et see sarnaneb ülaltoodud substraadi-ensüümi-produkti võrrandi osaga.
Dissotsiatsioonikonstant Kd reaktsiooni jaoks kirjutatakse:
n /
Hõivatud sidumissaitide osa ϴ vahemikus 0 kuni 1,0 saadakse järgmiselt:
ϴ = n/ (Kd +n)
Kõik selle kokku pannes saadakse Hilli võrrandi paljudest vormidest:
log (ϴ /) = n log pO2 - logi P50
Kus P50 on rõhk, mille juures pool O-st2 sidumiskohad Hb-s on hõivatud.
Hilli koefitsient
Ülaltoodud Hilli võrrandi vorm on üldkujul y = mx + b, mida tuntakse ka kui nõlva katkemise valemit. Selles võrrandis on m sirge kalle ja b on y väärtus, mille korral sirge sirge graafik ristub y-teljega. Seega on Hilli võrrandi kalle lihtsalt n. Seda nimetatakse Hilli koefitsiendiks ehk nH. Müoglobiini puhul on selle väärtus 1, kuna müoglobiin ei seo O-ga koostööd2. HbA jaoks on see aga 2,8. Mida suurem on nH, seda sigmoidsem on uuritava reaktsiooni kineetika.
Mäe koefitsienti on kontrollimise teel lihtsam kindlaks teha kui nõutavaid arvutusi tehes ja tavaliselt piisab ligikaudsusest.