Ακόμα και τα μικρότερα μόρια ή οργανισμοί με γρήγορους χρόνους αναπαραγωγής μπορεί να χρειαστούν πολύ χρόνο για να παράγουν αυτό που θέλετε να μελετήσετε. Για βακτήρια σε τρυβλίο Petri, η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάται από το πόσο μεγάλο μέρος του αντιδραστηρίου υπάρχει καθώς και από την παρουσία ενζύμων. Όποια και αν είναι η περίπτωση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εξισώσεις για να προσδιορίσετε την ταχύτητα αυτών των βιοχημικών αντιδράσεων.
Κινηματική ενζύμου
Στη χημεία,ρυθμοί αντίδρασηςπεριγράφονται χρησιμοποιώνταςτιμές kπου μετρούν πόσο γρήγορα εμφανίζεται μια αντίδραση από αντιδραστήρια σε προϊόντα. Για αντιδράσεις που χρησιμοποιούν καταλύτες, βιολογικές ενώσεις που επιταχύνουν τον ρυθμό αντίδρασης, τον ρυθμό,κΓάτα, σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τη μέγιστη ταχύτητα της αντίδρασης. ομέγιστος ρυθμός αντίδρασης, ΒΜέγιστη, σας λέει πόσα μόρια μετατρέπονται στο προϊόν της αντίδρασης όταν το ένζυμο διαλύεται πλήρως.
Τα ένζυμα επιτυγχάνουν αυτές τις υψηλές ταχύτητες μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης μιας αντίδρασης, την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αντίδραση. Όταν ένα ένζυμο συνδέεται με το υπόστρωμα, το μόριο ή τις ενώσεις που παρατηρείτε, σχηματίζει ένα σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος. Δεν επηρεάζουν άμεσα την ποσότητα του αντιδραστηρίου ή των ενώσεων του προϊόντος που έχετε, και επίσης εξαρτάται από άλλους παράγοντες όπως η συγκέντρωση του ενζύμου, το pH θερμοκρασίας και η ισχύς μεταξύ ιοντικών δεσμούς.
Εξίσωση KCAT
Ο ρυθμός αντίδρασης σάς επιτρέπει να γράφετε εξισώσεις για να προσδιορίσετε πόσο διαφορετικές ποσότητες αντιδραστηρίων οδηγούν σε πόσα προϊόντα έχετε. Για μια βασική αντίδραση τουxA + yB → zC(δηλαδή, μετατροπήΧγραμμομόριαΕΝΑμεεγραμμομόριασιαποδόσειςζγραμμομόριαντο), η εξίσωση του επιτοκίου θα ήταν
r = k [A] ^ m \ φορές [B] ^ n
για τον ρυθμό αντίδρασηςρ,σταθερά ρυθμούκκαι μοριακές συγκεντρώσειςΕΝΑκαισισυμβολίζεται με αγκύλες. Μ καινείναι εκθέτες που καθορίζετε μέσω πειραμάτων που μετρούν πόσο γρήγορα εμφανίζεται μια αντίδραση. φά
Για τη συγκεκριμένη περίπτωση μιας καταλυόμενης από ένζυμο αντίδρασης, η αρχική ταχύτηταβ0είναι
v_0 = \ frac {k_ {cat}} {K_m}
για την αρχική ταχύτητα αντίδρασηςβ0. Αυτή η ταχύτητα σας λέει το ποσοστό της κατάλυσης σε αυτόκΓάτατύπος.κΜείναι τοΣταθερά Michaelis-Menten, την οποία μπορείτε είτε να μετρήσετε πειραματικά είτε να υπολογίσετε ως συγκέντρωση υποστρώματος στο ήμισυ της μέγιστης ταχύτητας.
Η σταθερά παίρνει το όνομά της από τοΕξίσωση Michaelis-Menten
v_0 = \ frac {v_ {max} \ φορές [S]} {K_m + [S]}
για συγκέντρωση υποστρώματος[ΜΙΚΡΟ]και μέγιστη ταχύτηταβΜέγιστησας λέει πόσο γρήγορα μια ενζυματική αντίδραση. Όταν υπολογίζετεκΓάτα, μπορείτε επίσης να γράψετε
v_0 = \ frac {k_ {cat} \ φορές [E] \ φορές [S]} {K_m}
ως γενική μέθοδος ρυθμού αντίδρασης για συγκεντρώσεις ενζύμου και υποστρώματος[ΜΙ]και[ΜΙΚΡΟ], αντίστοιχα.
Άλλες μέθοδοι εξίσωσης KCAT
Αυτές οι διαφορετικές εξισώσεις σάς επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε την πιο κατάλληλη για οποιονδήποτε σκοπό χρειάζεστε, είτε είναι ο ρυθμός αναπαραγωγής βακτηρίων είτε ο ρυθμός ανάφλεξης μεταξύ καυσίμων και αερίου. Μπορείτε ακόμη να χρησιμοποιήσετε αυτές τις εξισώσεις συνδυάζοντας και τις δύο πειραματικές παρατηρήσεις με θεωρητικά μοντέλα και υπολογισμούς. Μπορείτε να μάθετε για τη σημασία των μεθόδων εξίσωσης Michaelis Menten μέσω αυτών των διαφορετικών τρόπων καθορισμού του ρυθμού αντίδρασης.
οκΓάταη εξίσωση εξυπηρετεί τη βάση για τη δημιουργίαβιοαντιδραστήρες. Αυτά είναι συστήματα που επιτρέπουν στους μικροοργανισμούς να αναπτυχθούν σε ένα βέλτιστο περιβάλλον, ένα που μπορεί να παράγει όσο το δυνατόν περισσότερο προϊόν. Οι βιοαντιδραστήρες χρησιμοποιούνται ακόμη και στην παραγωγή ζυμωμένων τροφίμων σε ορισμένες ασιατικές χώρες.
Είναι γενικά πολύ δύσκολο ή αδύνατο να προσδιοριστεί η έννοια τουκΜχωρίς περισσότερες πληροφορίες. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την αναλογίαkcat / Kmνα μετρήσει πόσο συγκεκριμένα και αποτελεσματικά ένα ένζυμο συνδέεται με ένα υπόστρωμα. Αυτή η αναλογία, γνωστή ως σταθερά εξειδίκευσηςκSP, σας επιτρέπει να αναμορφώσετε την εξίσωση Michaelis-Menten ως
v = \ frac {k_ {SP} [S]} {1+ \ frac {k_ {SP} [S]} {k_ {cat}}}
για τη μέτρηση ακριβέστερων τιμών τουκSP.