"Mäe koefitsient" kõlab nagu mõiste, mis on seotud hinde järsusega. Tegelikult on see biokeemia termin, mis on seotud molekulide seondumise käitumisega, tavaliselt elusüsteemides. See on ühikuvaba arv (see tähendab, et sellel pole mõõtühikuid nagu meetrid sekundis või kraadid grammi kohta), mis on korrelatsiooniskoostöövõimeuuritavate molekulide seondumisest. Selle väärtus määratakse empiiriliselt, see tähendab, et see on pigem hinnanguline või tuletatud seotud andmete graafikult, mitte ei kasutata ennast selliste andmete loomiseks.
Teisiti öeldes on Hilli koefitsient selle järgi, kui palju kahe molekuli seondumiskäitumine hälbibhüperboolneeeldatav seos sellistes olukordades, kus molekuli paari (sageli ensüümi ja selle substraadi) vahelise seondumise ja järgneva reaktsiooni kiirus tõuseb substraadi kontsentratsiooni suurenemisega väga kiiresti, enne kui kiiruse-kontsentratsiooni kõver tasandub ja läheneb teoreetilisele maksimumile ilma seal. Sellise seose graafik meenutab pigem ringi ülemist vasakut kvadrandi. Selle asemel on kõrge Hilli koefitsientidega reaktsioonide kiiruse ja kontsentratsiooni kõverate graafikud
Siin on palju lahti pakkida seoses Hilli koefitsiendi aluse ja sellega seotud mõistetega ning selle väärtuse määramisega antud olukorras.
Ensüümi kineetika
Ensüümid on valgud, mis suurendavad teatud biokeemiliste reaktsioonide kiirust tohutult, võimaldades neil liikuda tuhandetest kordadest kiiremini tuhandete triljonite kordadeni kiiremini. Need valgud teevad seda aktivatsioonienergiat langetadesEa eksotermiliste reaktsioonide kohta. Eksotermiline reaktsioon on selline, kus soojusenergia vabaneb ja mis seetõttu kipub kulgema ilma kõrvalise abita. Ehkki produktide energia on madalam kui nende reaktsioonide reaktantidel, ei ole energeetiline tee sinna jõudmiseks tavaliselt ühtlane langus. Selle asemel on ületamiseks "energiahunnik", mida esindabEa.
Kujutage ette, kuidas sõidate USA sisemusest, umbes 1000 jalga üle merepinna, Los Angelesesse, mis asub Vaikse ookeani ääres ja selgelt merepinnal. Nebraskast Californiasse ei saa lihtsalt rannikut teha, sest nende vahel asuvad Kivised mäed, maanteed ristuvad mis ronivad kaugelt üle 5000 jala merepinnast - ja mõnes kohas ronivad kiirteed kuni 11 000 jalga merepinnast tasemel. Mõelge selles raamistikus ensüümist kui millestki, mis võib oluliselt vähendada nende Colorado mäetippude kõrgust ja muuta kogu teekonna vähem vaevaliseks.
Iga ensüüm on spetsiifiline konkreetse reagendi suhtes, mida nimetatakse asubstraatselles kontekstis. Sel viisil on ensüüm nagu võti ja substraat, mille jaoks see on spetsiifiline, on nagu lukk, mille avamiseks on võti unikaalselt loodud. Substraatide (S), ensüümide (E) ja toodete (P) vahelist suhet saab skemaatiliselt esitada järgmiselt:
\ text {E} + \ text {S} ⇌ \ text {ES} → \ text {E} + \ text {P}
Vasakul olev kahesuunaline nool näitab, et kui ensüüm seondub oma "määratud" substraadiga, võib see kas seonduda või reaktsioon võib kulgeda ja tulemuseks on toode (d) pluss ensüüm selle algsel kujul (ensüüme modifitseeritakse reaktsioonid). Parempoolne ühesuunaline nool seevastu näitab, et nende reaktsioonide produktid kunagi seondu ensüümiga, mis aitas neid luua, kui ES kompleks eraldub selle komponendiks osad.
Ensüümi kineetika kirjeldab, kui kiiresti need reaktsioonid lõpule viivad (see tähendab, kui kiiresti tekib toode (sõltuvalt ensüümi ja substraadi kontsentratsioonist, kirjutatud [E] ja [S]. Biokeemikud on nende andmete visuaalse mõtestamise huvides koostanud mitmesuguseid graafikuid.
Michaelis-Menteni kineetika
Enamik ensüüm-substraatpaare täidavad lihtsat võrrandit, mida nimetatakse Michaelis-Menteni valemiks. Ülaltoodud seosel toimub kolm erinevat reaktsiooni: E ja S ühendamine aniks ES kompleks, ES dissotsieerumine koostisosadeks E ja S ning ES muundamine E ja S P. Kõigil neil kolmel reaktsioonil on oma kiiruskonstant, mis onk1, k-1 jak2, selles järjekorras.
Toote välimus on proportsionaalne selle reaktsiooni kiiruskonstandiga,k2ja ensüümi-substraadi kompleksi kontsentratsioonini igal ajal, [ES]. Matemaatiliselt on see kirjutatud:
\ frac {dP} {dt} = k_2 [\ text {ES}]
Selle paremat kätt saab väljendada tähtedega [E] ja [S]. Tuletamine pole praegusel eesmärgil oluline, kuid see võimaldab arvutada kiiruse võrrandit:
\ frac {dP} {dt} = \ frac {k_2 [\ text {E}] _ 0 [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Samamoodi reaktsiooni kiirusVannab:
V = \ frac {V_ {max} [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Michaeli konstantKm tähistab substraadi kontsentratsiooni, mille juures kiirus kulgeb selle teoreetilise maksimaalse väärtusega.
Lineweaver-Burki võrrand ja vastav graafik on alternatiivne viis selle väljendamiseks teavet ja on mugav, kuna selle graafik on pigem sirge kui eksponentsiaalne või logaritmiline kõver. See on Michaelis-Menteni võrrandi vastastikune:
\ frac {1} {V} = \ frac {K_m + [\ text {S}]} {V_ {max} [\ text {S}]} = \ frac {K_m} {V_ {max} [\ text {S }]} + \ frac {1} {V_ {max}}
Ühistu sidumine
Mõned reaktsioonid ei järgi Michaelis-Menteni võrrandit. Seda seetõttu, et nende sidumist mõjutavad tegurid, mida võrrand ei arvesta.
Hemoglobiin on punaste vereliblede valk, mis seondub hapnikuga (O2) kopsudes ja transpordib selle kudedesse, mis vajavad seda hingamiseks. Hemoglobiin A (HbA) silmapaistev omadus on see, et see osaleb O-ga kooperatiivses seondumises2. See tähendab sisuliselt seda, et väga kõrge O korral2 kontsentratsioonides, näiteks kopsudes, on HbA-l palju suurem afiinsus hapniku suhtes kui standardil transportvalk, järgides tavalist hüperboolse valgu ja ühendi suhet (müoglobiin on näide sellisest a valk). Väga madalal O-l2 kontsentratsioonidel on HbA-l aga palju madalam afiinsus O suhtes2 kui tavaline transpordivalk. See tähendab, et HbA ahmib innukalt O-d2 kus seda on palju ja sama innukalt loobub sellest, kus seda napib - just seda, mida on vaja hapniku transpordivalgus. Selle tulemuseks on sigmoidne seondumise ja rõhu kõver, mida nähakse HbA ja O korral2, evolutsiooniline kasu, ilma milleta kulgeks elu kindlasti oluliselt vähem entusiastlikus tempos.
Mäe võrrand
1910. aastal uuris Archibald Hill O kinemaatikat2-hemoglobiiniga seondumine. Ta tegi ettepaneku, et Hb-l oleks kindel arv sidumissaite,n:
P + n \ text {L} ⇌ P \ text {L} _n
Siin,Ptähistab O rõhku2 ja L on ligandi lühend, mis tähendab kõike, mis osaleb seondumises, kuid antud juhul viitab see Hb-le. Pange tähele, et see sarnaneb ülaltoodud substraadi-ensüümi-toote võrrandi osaga.
DissotsiatsioonikonstantKd reaktsiooni jaoks on kirjutatud:
\ frac {[P] [\ text {L}] ^ n} {[P \ text {L} _n]}
Kusjuures osa hõivatud sidumiskohtadestϴ, mis jääb vahemikku 0–1,0, annab:
ϴ = \ frac {[\ text {L}] ^ n} {K_d + [\ text {L}] ^ n}
Selle kõik kokku panemine annab ühe Hilli võrrandi paljudest vormidest:
\ log \ bigg (\ frac {ϴ} {1- ϴ} \ bigg) = n \ log p \ text {O} _2 - \ log P_ {50}
KusP50 on rõhk, mille juures pool O-st2 Hb seondumiskohad on hõivatud.
Mäe koefitsient
Eespool toodud Hilli võrrandi vorm on üldkujuline
y = mx + b
tuntud ka kui kaldenurga valem. Selles võrrandismon joone kalle jabon väärtusymille juures graafik sirgjoon ristuby-telg. Seega on Hilli võrrandi kalle lihtsaltn. Seda nimetatakse Hilli koefitsiendiks võinH. Müoglobiini puhul on selle väärtus 1, kuna müoglobiin ei seo O-ga koostöös2. HbA jaoks on see aga 2,8. Mida kõrgem onnH, seda sigmoidsem on uuritava reaktsiooni kineetika.
Hilli koefitsienti on kontrollist lihtsam kindlaks teha kui nõutavate arvutuste tegemisel ja tavaliselt on ligikaudne piisav.