"Hill-kerroin" kuulostaa termiltä, joka liittyy arvosanan jyrkkyyteen. Itse asiassa se on biokemian termi, joka liittyy molekyylien sitoutumisen käyttäytymiseen, yleensä elävissä järjestelmissä. Se on yksikötön luku (eli siinä ei ole mittayksiköitä, kuten metriä sekunnissa tai astetta / gramma), joka korreloiyhteistyötutkittavien molekyylien välisestä sitoutumisesta. Sen arvo määritetään empiirisesti, mikä tarkoittaa, että se arvioidaan tai johdetaan asiaankuuluvien tietojen kaaviosta sen sijaan, että sitä käytettäisiin itse tällaisten tietojen tuottamiseen.
Toisin sanoen, Hill-kerroin on mitta siitä, missä määrin kahden molekyylin välinen sitoutumiskäyttäytyminen poikkeaa molekyylistähyperbolinenodotettavissa oleva suhde sellaisissa tilanteissa, joissa sitoutumisnopeus ja seuraava reaktio molekyyliparin (usein entsyymin ja sen substraatin) välillä alun perin nousee hyvin nopeasti substraattikonsentraation kasvaessa, ennen kuin nopeus-pitoisuus-käyrä tasaantuu ja lähestyy teoreettista maksimia saamatta siellä. Tällaisen suhteen kaavio muistuttaa pikemminkin ympyrän vasenta yläkulmaa. Sen sijaan nopeus-pitoisuus-käyrien graafit reaktioille, joilla on korkea Hill-kerroin
sigmoidinentai s-muotoinen.Tässä on paljon purettavaa Hill-kertoimen perusteen ja siihen liittyvien termien suhteen ja siitä, miten sen arvo määritetään tietyssä tilanteessa.
Entsyymi kinetiikka
Entsyymit ovat proteiineja, jotka lisäävät tiettyjen biokemiallisten reaktioiden määrää valtavilla määrillä, jolloin he voivat edetä missä tahansa tuhansista kertoista nopeammin tuhansiin biljooniin kertaa nopeammin. Nämä proteiinit tekevät tämän alentamalla aktivointienergiaaEa eksotermisten reaktioiden Eksoterminen reaktio on sellainen, jossa lämpöenergiaa vapautuu ja joka sen vuoksi yleensä etenee ilman ulkopuolista apua. Vaikka tuotteilla on pienempi energia kuin näissä reaktioissa olevilla reagensseilla, energinen tie sinne pääsemiseksi ei tyypillisesti ole tasainen alaspäin suuntautuva kaltevuus. Sen sijaan on päästäkseen "energiapumpu", jota edustaaEa.
Kuvittele itseäsi ajaessasi Yhdysvaltojen sisäpuolelta, noin 1000 jalkaa merenpinnan yläpuolelta, Los Angelesiin, joka on Tyynellemerellä ja selvästi merenpinnalla. Et voi yksinkertaisesti rannikolla Nebraskasta Kaliforniaan, koska niiden välissä ovat Kalliovuoret, moottoritiet ylittävät jotka nousevat reilusti yli 5000 jalkaa merenpinnan yläpuolelle - ja joissakin paikoissa moottoritiet nousevat jopa 11 000 jalan korkeuteen merestä taso. Ajattele tässä yhteydessä entsyymiä sellaisena, joka pystyy huomattavasti laskemaan näiden Coloradon vuorenhuippujen korkeutta ja tekemään koko matkan vähemmän työlästä.
Jokainen entsyymi on spesifinen tietylle reagenssille, nimeltään asubstraattitässä asiayhteydessä. Tällä tavoin entsyymi on kuin avain ja substraatti, jolle se on spesifinen, on kuin lukko, jonka avain on suunniteltu ainutlaatuisesti avaamaan. Substraattien (S), entsyymien (E) ja tuotteiden (P) välinen suhde voidaan esittää kaavamaisesti seuraavasti:
\ text {E} + \ text {S} ⇌ \ text {ES} → \ text {E} + \ text {P}
Vasemmalla oleva kaksisuuntainen nuoli osoittaa, että kun entsyymi sitoutuu "osoitettuun" substraattiinsa, se voi joko sitoutua tai reaktio voi edetä ja johtaa tuotteeseen (tuotteisiin) plus entsyymiin alkuperäisessä muodossaan (entsyymejä modifioidaan vain väliaikaisesti katalysoitaessa reaktiot). Oikealla oleva yksisuuntainen nuoli toisaalta osoittaa näiden reaktioiden tuotteita älä koskaan sitoutu entsyymiin, joka auttoi niitä muodostamaan, kun ES-kompleksi erkanee komponenteikseen osat.
Entsyymikinetiikka kuvaa kuinka nopeasti nämä reaktiot etenevät loppuun (toisin sanoen kuinka nopeasti tuote syntyy (läsnä olevan entsyymin ja substraatin pitoisuuden funktiona, kirjoitettu [E] ja [S]. Biokemistit ovat keksineet erilaisia kaavioita näistä tiedoista, jotta niistä tulisi mahdollisimman visuaalisesti mielekkäitä.
Michaelis-Mentenin kinetiikka
Useimmat entsyymisubstraattiparit noudattavat yksinkertaista yhtälöä, jota kutsutaan Michaelis-Menten-kaavaksi. Edellä olevassa suhteessa tapahtuu kolme erilaista reaktiota: E: n ja S: n yhdistäminen an: ksi ES-kompleksi, ES: n dissosiaatio aineosiksi E ja S ja ES: n muuttuminen E: ksi ja P. Jokaisella näistä kolmesta reaktiosta on oma nopeusvakionsa, jotka ovatk1, k-1 jak2, tässä järjestyksessä.
Tuotteen ulkonäön nopeus on verrannollinen kyseisen reaktion nopeusvakioon,k2ja milloin tahansa läsnä olevan entsyymisubstraattikompleksin pitoisuuteen, [ES]. Matemaattisesti tämä on kirjoitettu:
\ frac {dP} {dt} = k_2 [\ teksti {ES}]
Tämän oikea puoli voidaan ilmaista [E]: llä ja [S]: llä. Johdanto ei ole tärkeä nykyisissä tarkoituksissa, mutta tämä mahdollistaa nopeusyhtälön laskemisen:
\ frac {dP} {dt} = \ frac {k_2 [\ text {E}] _ 0 [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Samoin reaktion nopeusVantaa:
V = \ frac {V_ {max} [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Michaelis-vakioKm edustaa substraatin pitoisuutta, jolla nopeus etenee teoreettisella maksimiarvollaan.
Lineweaver-Burkin yhtälö ja vastaava juoni ovat vaihtoehtoinen tapa ilmaista sama tietoa ja on kätevä, koska sen kaavio on suora viiva eikä eksponentiaalinen tai logaritminen käyrä. Se on Michaelis-Menten-yhtälön vastavuoroisuus:
\ frac {1} {V} = \ frac {K_m + [\ text {S}]} {V_ {max} [\ text {S}]} = \ frac {K_m} {V_ {max} [\ text {S }]} + \ frac {1} {V_ {max}}
Osuuskunnan sitova
Jotkut reaktiot eivät erityisesti noudata Michaelis-Menten-yhtälöä. Tämä johtuu siitä, että niiden sitoutumiseen vaikuttavat tekijät, joita yhtälö ei ota huomioon.
Hemoglobiini on punasoluissa oleva proteiini, joka sitoutuu happeen (O2) keuhkoissa ja kuljettaa sen kudoksiin, jotka edellyttävät sitä hengitystä. Hemoglobiini A: n (HbA) merkittävä ominaisuus on, että se osallistuu yhteistyöhön sitoutumiseen O: n kanssa2. Tämä tarkoittaa olennaisesti sitä, että erittäin korkealla O: lla2 HbA: lla on huomattavasti korkeampi affiniteetti happeen kuin standardilla kuljetusproteiini tottelemalla tavallista hyperbolista proteiini-yhdiste-suhdetta (myoglobiini on esimerkki sellaisesta proteiini). Hyvin matalalla O: lla2 HbA: lla on kuitenkin paljon pienempi affiniteetti O: ta kohtaan2 kuin tavallinen kuljetusproteiini. Tämä tarkoittaa, että HbA ahkerasti innostaa O: ta2 missä sitä on runsaasti ja yhtä innokkaasti luovuttaa siitä, missä sitä on vähän - juuri sitä, mitä tarvitaan hapensiirtoproteiinissa. Tämä johtaa sigmoidiseen sitoutumisen ja paineen käyrään, joka nähdään HbA: lla ja O: lla2, evoluutiohyöty, jota ilman elämä varmasti edistyisi huomattavasti vähemmän innostuneella vauhdilla.
Hillin yhtälö
Vuonna 1910 Archibald Hill tutki O: n kinematiikkaa2-hemoglobiiniin sitoutuminen. Hän ehdotti, että Hb: llä on tietty määrä sitoutumiskohtia,n:
P + n \ teksti {L} ⇌ P \ teksti {L} _n
Tässä,Pedustaa O: n painetta2 ja L on lyhenne ligandista, mikä tarkoittaa mitä tahansa, mikä osallistuu sitoutumiseen, mutta tässä tapauksessa se viittaa Hb: hen. Huomaa, että tämä on samanlainen kuin osa substraatti-entsyymi-tuote-yhtälöstä yllä.
DissosiaatiovakioKd reaktiota varten kirjoitetaan:
\ frac {[P] [\ text {L}] ^ n} {[P \ text {L} _n]}
Kun taas osa miehitetyistä sitoutumispaikoistaϴ, joka vaihtelee 0: sta 1,0: een, saadaan:
ϴ = \ frac {[\ text {L}] ^ n} {K_d + [\ text {L}] ^ n}
Kaiken tämän yhdistäminen antaa yhden Hillin yhtälön monista muodoista:
\ log \ bigg (\ frac {ϴ} {1- ϴ} \ bigg) = n \ loki p \ teksti {O} _2 - \ loki P_ {50}
MissäP50 on paine, jolla puolet O: sta2 Hb: n sitoutumiskohdat ovat varattuja.
Hill-kerroin
Edellä annettu Hill-yhtälön muoto on yleinen
y = mx + b
tunnetaan myös nimellä kaltevuuden leikkauskaava. Tässä yhtälössämon viivan kaltevuus jabon arvonyjossa kaavio, suora viiva, ylittääy-akseli. Hillin yhtälön kaltevuus on siis yksinkertainenn. Tätä kutsutaan Hill-kertoimeksi tainH. Myoglobiinin arvo on 1, koska myoglobiini ei sitoudu yhteistyössä O: han2. HbA: n osalta se on kuitenkin 2,8. Mitä korkeampinH, sitä sigmoidisempi tutkittavan reaktion kinetiikka.
Hill-kerroin on helpompi määrittää tarkastuksesta kuin tekemällä vaaditut laskelmat, ja likiarvo on yleensä riittävä.