"Koefisien bukit" terdengar seperti istilah yang berkaitan dengan kecuraman suatu tingkatan. Faktanya, ini adalah istilah dalam biokimia yang berhubungan dengan perilaku pengikatan molekul, biasanya dalam sistem kehidupan. Ini adalah angka tanpa satuan (yaitu, tidak memiliki satuan ukuran seperti meter per detik atau derajat per gram) yang berkorelasi dengankerjasamaikatan antar molekul yang diperiksa. Nilainya ditentukan secara empiris, artinya diperkirakan atau diturunkan dari grafik data terkait daripada digunakan sendiri untuk membantu menghasilkan data tersebut.
Dengan kata lain, koefisien Hill adalah ukuran sejauh mana perilaku pengikatan antara dua molekul menyimpang darihiperbolishubungan yang diharapkan dalam situasi seperti itu, di mana kecepatan pengikatan dan reaksi selanjutnya antara sepasang molekul (seringkali enzim dan substratnya) pada awalnya naik sangat cepat dengan meningkatnya konsentrasi substrat sebelum kurva kecepatan-vs-konsentrasi mendatar dan mendekati maksimum teoritis tanpa cukup sana. Grafik hubungan semacam itu agak menyerupai kuadran kiri atas sebuah lingkaran. Grafik kurva kecepatan-vs-konsentrasi untuk reaksi dengan koefisien Hill yang tinggi adalah sebagai gantinya
Ada banyak hal yang harus dibongkar di sini mengenai dasar koefisien Hill dan istilah terkait dan bagaimana cara menentukan nilainya dalam situasi tertentu.
Kinetika Enzim
Enzim adalah protein yang meningkatkan laju reaksi biokimia tertentu dalam jumlah yang sangat besar, memungkinkan mereka untuk melanjutkan di mana saja dari ribuan kali lebih cepat hingga ribuan triliun kali lebih cepat. Protein ini melakukan ini dengan menurunkan energi aktivasiESebuah dari reaksi eksoterm. Reaksi eksotermik adalah reaksi di mana energi panas dilepaskan dan karena itu cenderung berlangsung tanpa bantuan dari luar. Meskipun produk memiliki energi yang lebih rendah daripada reaktan dalam reaksi ini, bagaimanapun, jalur energik untuk sampai ke sana biasanya tidak memiliki kemiringan yang stabil. Sebaliknya, ada "punuk energi" untuk dilewati, diwakili olehESebuah.
Bayangkan diri Anda berkendara dari pedalaman AS, sekitar 1.000 kaki di atas permukaan laut, ke Los Angeles, yang berada di Samudra Pasifik dan jelas berada di permukaan laut. Anda tidak bisa begitu saja meluncur dari Nebraska ke California, karena di antaranya terletak Pegunungan Rocky, jalan raya yang melintasi yang mendaki lebih dari 5.000 kaki di atas permukaan laut – dan di beberapa tempat, jalan raya menanjak hingga 11.000 kaki di atas laut tingkat. Dalam kerangka ini, pikirkan enzim sebagai sesuatu yang mampu sangat menurunkan ketinggian puncak gunung di Colorado dan membuat seluruh perjalanan menjadi tidak terlalu sulit.
Setiap enzim spesifik untuk reaktan tertentu, yang disebut asubstratpada konteks ini. Dengan cara ini, enzim seperti kunci dan substrat khusus untuknya adalah seperti kunci yang dirancang secara unik untuk dibuka. Hubungan antara substrat (S), enzim (E) dan produk (P) dapat direpresentasikan secara skematis oleh:
\text{E} + \text{S} \text{ES} → \text{E} + \text{P}
Panah dua arah di sebelah kiri menunjukkan bahwa ketika suatu enzim mengikat substrat yang "ditetapkan", itu dapat menjadi tidak terikat atau reaksi dapat berlangsung dan menghasilkan produk (s) ditambah enzim dalam bentuk aslinya (enzim hanya sementara diubah saat mengkatalisis reaksi). Panah searah di sebelah kanan, di sisi lain, menunjukkan bahwa produk dari reaksi ini these tidak pernah mengikat enzim yang membantu membuatnya begitu kompleks ES terpisah menjadi komponennya bagian.
Kinetika enzim menggambarkan seberapa cepat reaksi ini berlanjut hingga selesai (yaitu, seberapa cepat produk yang dihasilkan (sebagai fungsi dari konsentrasi enzim dan substrat yang ada, ditulis [E] dan S]. Ahli biokimia telah datang dengan berbagai grafik data ini untuk membuatnya secara visual bermakna mungkin.
Kinetika Michaelis-Menten
Kebanyakan pasangan enzim-substrat mematuhi persamaan sederhana yang disebut rumus Michaelis-Menten. Dalam hubungan di atas, tiga reaksi berbeda terjadi: Penggabungan E dan S menjadi an ES kompleks, disosiasi ES menjadi konstituennya E dan S, dan konversi ES menjadi E dan P. Masing-masing dari ketiga reaksi ini memiliki konstanta lajunya sendiri, yaitu:k1, k-1 dank2, dalam urutan itu.
Laju munculnya produk sebanding dengan konstanta laju reaksi tersebut,k2, dan konsentrasi kompleks enzim-substrat yang ada setiap saat, [ES]. Secara matematis, ini ditulis:
\frac{dP}{dt} = k_2[\text{ES}]
Sisi kanan ini dapat dinyatakan dalam [E] dan [S]. Derivasi tidak penting untuk tujuan saat ini, tetapi ini memungkinkan perhitungan persamaan laju:
\frac{dP}{dt} = \frac{k_2[\text{E}]_0[\text{S}]}{K_m+[\text{S}]}
Demikian pula laju reaksiVdiberikan oleh:
V= \frac{V_{maks}[\text{S}]}{K_m+[\text{S}]}
Konstanta MichaelisKsaya mewakili konsentrasi substrat di mana laju berlangsung pada nilai maksimum teoretisnya.
Persamaan Lineweaver-Burk dan plot yang sesuai adalah cara alternatif untuk mengekspresikan hal yang sama informasi dan nyaman karena grafiknya adalah garis lurus daripada eksponensial atau kurva logaritmik. Ini adalah kebalikan dari persamaan Michaelis-Menten:
\frac{1}{V} = \frac{K_m+[\text{S}]}{ V_{max}[\text{S}]} = \frac{K_m}{V_{max}[\text{S }]} + \frac{1}{V_{maks} }
Pengikatan Koperasi
Beberapa reaksi terutama tidak mematuhi persamaan Michaelis-Menten. Ini karena pengikatannya dipengaruhi oleh faktor-faktor yang tidak diperhitungkan oleh persamaan.
Hemoglobin adalah protein dalam sel darah merah yang mengikat oksigen (O2) di paru-paru dan mengangkutnya ke jaringan yang membutuhkannya untuk respirasi. Sifat luar biasa dari hemoglobin A (HbA) adalah bahwa ia berpartisipasi dalam ikatan kooperatif dengan O2. Ini pada dasarnya berarti bahwa pada O. yang sangat tinggi2 konsentrasi, seperti yang ditemui di paru-paru, HbA memiliki afinitas yang jauh lebih tinggi untuk oksigen daripada standar protein transpor yang mematuhi hubungan protein-senyawa hiperbolik yang biasa (mioglobin adalah contoh dari a protein). Pada O. yang sangat rendah2 konsentrasi, bagaimanapun, HbA memiliki afinitas yang jauh lebih rendah untuk O2 daripada protein transpor standar. Ini berarti bahwa HbA dengan bersemangat melahap O2 di mana ia berlimpah dan sama bersemangatnya melepaskannya di tempat yang langka – persis apa yang dibutuhkan dalam protein pengangkut oksigen. Ini menghasilkan kurva ikatan-vs-tekanan sigmoidal yang terlihat dengan HbA dan O2, manfaat evolusioner yang tanpanya kehidupan akan berjalan dengan kecepatan yang jauh lebih rendah.
persamaan bukit
Pada tahun 1910, Archibald Hill menjelajahi kinematika O2-ikatan hemoglobin Dia mengusulkan bahwa Hb memiliki sejumlah situs pengikatan tertentu,tidak:
P + n\text{L } P\text{L}_n
Sini,Pmenunjukkan tekanan O2 dan L adalah kependekan dari ligan, yang berarti segala sesuatu yang terlibat dalam pengikatan, tetapi dalam hal ini mengacu pada Hb. Perhatikan bahwa ini mirip dengan bagian dari persamaan substrat-enzim-produk di atas.
Konstanta disosiasiKd untuk suatu reaksi ditulis:
\frac{[P][\text{L}]^n}{[P\text{L}_n]}
Sedangkan fraksi situs pengikatan yang ditempatiϴ, yang berkisar dari 0 hingga 1,0, diberikan oleh:
= \frac{[\text{L}]^n}{K_d +[\text{L}]^n}
Menempatkan semua ini bersama-sama memberikan salah satu dari banyak bentuk persamaan Hill:
\log\bigg(\frac{ϴ}{1- }\bigg) = n \log p\text{O}_2 - \log P_{50}
DimanaP50 adalah tekanan di mana setengah dari O2 situs pengikatan pada Hb ditempati.
Koefisien Bukit
Bentuk persamaan Hill yang diberikan di atas adalah bentuk umum
y = mx + b
juga dikenal sebagai rumus kemiringan-intersep. Dalam persamaan ini,sayaadalah kemiringan garis danbadalah nilai darikamudi mana grafik, garis lurus, memotongkamu-sumbu. Jadi kemiringan persamaan Hill adalahtidak. Ini disebut koefisien Hill atautidakH. Untuk mioglobin, nilainya adalah 1 karena mioglobin tidak berikatan secara kooperatif dengan O2. Untuk HbA, bagaimanapun, adalah 2,8. Semakin tinggitidakH, semakin sigmoidal kinetika reaksi yang diteliti.
Koefisien Hill lebih mudah ditentukan dari inspeksi daripada dengan melakukan perhitungan yang diperlukan, dan pendekatan biasanya cukup.