"מקדם גבעה" נשמע כמו מונח הנוגע לתלילות הציון. למעשה, זה מונח בביוכימיה המתייחס להתנהגות של קשירת מולקולות, בדרך כלל במערכות חיות. זהו מספר ללא יחידה (כלומר, אין בו יחידות מידה כמו מטרים לשנייה או מעלות לגרם) המתואם עםשיתופי פעולהשל הקשר בין המולקולות הנבדקות. ערכו נקבע באופן אמפירי, כלומר הוא מוערך או נגזר מגרף של נתונים קשורים במקום שהוא משמש בעצמו כדי לייצר נתונים כאלה.
במילים אחרות, מקדם היל הוא מדד למידת ההתנהגות המחייבת בין שתי מולקולותהיפרבוליהקשר המצופה במצבים כאלה, שבהם מהירות הקישור והתגובה שלאחר מכן בין זוג מולקולות (לרוב אנזים ומצעו) בתחילה עולה מהר מאוד עם עליית ריכוז המצע לפני שעקומת המהירות לעומת הריכוז משתטחת ומתקרבת למקסימום תיאורטי מבלי להגיע ממש שם. הגרף של קשר כזה דומה יותר לרבע השמאלי העליון של המעגל. הגרפים של עקומות מהירות לעומת ריכוז לתגובות עם מקדמי היל גבוהים הם במקוםsigmoidal, או בצורת s.
יש כאן הרבה מה לפרק בנוגע לבסיס למקדם היל ולמונחים קשורים וכיצד ניתן לקבוע את ערכו במצב נתון.
אנזים קינטיקה
אנזימים הם חלבונים המגדילים את שיעורי התגובות הביוכימיות מסוימות בכמויות אדירות, מה שמאפשר להם להתקדם בין אלפי פעמים מהר יותר לאלפי טריליוני פעמים מהיר יותר. חלבונים אלה עושים זאת על ידי הורדת אנרגית ההפעלה
הא של תגובות אקסותרמיות. תגובה אקסותרמית היא תגובה בה אנרגיית חום משתחררת ולכן נוטה להמשיך ללא כל עזרה חיצונית. למרות שלמוצרים יש אנרגיה נמוכה יותר מאשר המגיבים בתגובות אלה, עם זאת, הדרך האנרגטית להגיע לשם היא בדרך כלל לא שיפוע כלפי מטה. במקום זאת, יש "דבשת אנרגיה" להתגבר, המיוצגת על ידיהא.דמיין את עצמך נוסע מהפנים של ארה"ב, כ -1,000 מטר מעל פני הים, ללוס אנג'לס, שנמצאת באוקיאנוס השקט וברור בגובה פני הים. אתה לא יכול פשוט לחוף מנברסקה לקליפורניה, כי בין לבין נמצאים הרי הרוקי, הכבישים המהירים שחוצים המטפסים לגובה של מעל 5,000 מטר מעל פני הים - ובמקומות מסוימים הכבישים המהירים מטפסים עד 11,000 מטר מעל פני הים רָמָה. במסגרת זו, חשוב על אנזים כמשהו המסוגל להוריד מאוד את גובהם של פסגות ההרים בקולורדו ולהפוך את כל המסע למפרך פחות.
כל אנזים הוא ספציפי למגיב מסוים, הנקרא aמצעבהקשר הזה. באופן זה, אנזים הוא כמו מפתח והמצע אליו הוא ספציפי הוא כמו המנעול שהמפתח תוכנן באופן ייחודי לפתיחה. את הקשר בין מצעים (S), אנזימים (E) ומוצרים (P) ניתן לייצג באופן סכמטי על ידי:
\ text {E} + \ text {S} ⇌ \ text {ES} → \ text {E} + \ text {P}
החץ הדו-כיווני בצד שמאל מציין שכאשר אנזים נקשר למצע "שהוקצה", הוא יכול להיות לא מאוגד או התגובה יכולה להמשיך ולהביא לתוצר / ים בתוספת האנזים בצורתו המקורית (האנזימים משתנים זמנית רק בזמן הזרז תגובות). לעומת זאת, החץ החד כיווני בצד ימין מצביע על תוצרים של תגובות אלה לעולם אל תיקשר לאנזים שעזר ליצור אותם ברגע שמתחם ה- ES נפרד למרכיבו חלקים.
קינטיקת אנזימים מתארת כמה מהר התגובות הללו ממשיכות להסתיים (כלומר כמה מהר נוצר מוצר (כפונקציה של ריכוז האנזים והמצע הקיים, כתוב [E] ו- [S]. ביוכימאים העלו מגוון גרפים של נתונים אלה כדי להפוך אותם למשמעותיים מבחינה ויזואלית ככל האפשר.
מינטיס-מנטן קינטיקה
רוב זוגות מצעי האנזים מצייתים למשוואה פשוטה הנקראת נוסחת מיכאליס-מנטן. במערכת היחסים הנ"ל מתרחשות שלוש תגובות שונות: שילוב של E ו- S ל- an תסביך ES, הניתוק של ES למרכיביו E ו- S, והמרת ES ל- E ו- פ. לכל אחת משלוש התגובות הללו קבוע קצב משלה, שהםk1, k-1 וk2, בסדר הזה.
קצב הופעת המוצר פרופורציונאלי לקצב הקצב של אותה תגובה,k2, ולריכוז קומפלקס האנזים-מצע הקיים בכל עת, [ES]. מתמטית, זה כתוב:
\ frac {dP} {dt} = k_2 [\ text {ES}]
הצד הימני של זה יכול לבוא לידי ביטוי במונחים של [E] ו- [S]. הגזירה אינה חשובה למטרות בהווה, אך הדבר מאפשר חישוב משוואת הקצב:
\ frac {dP} {dt} = \ frac {k_2 [\ text {E}] _ 0 [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
באופן דומה קצב התגובהוניתן ע"י:
V = \ frac {V_ {max} [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
קבוע מיכאליסקM מייצג את ריכוז המצע בו הקצב מתקדם בערכו המרבי התיאורטי.
משוואת Lineweaver-Burk והעלילה המקבילה היא דרך חלופית לבטא אותה מידע ונוח מכיוון שהגרף שלו הוא קו ישר ולא אקספוננציאלי או עקומה לוגריתמית. זהו ההדדי של משוואת מיכאליס-מנטן:
\ frac {1} {V} = \ frac {K_m + [\ text {S}]} {V_ {max} [\ text {S}]} = \ frac {K_m} {V_ {max} [\ text {S }]} + \ frac {1} {V_ {max}}
כריכה שיתופית
תגובות מסוימות בעיקר אינן מצייתות למשוואת מיכאליס-מנטן. הסיבה לכך היא שקשירתם מושפעת מגורמים שהמשוואה לא לוקחת בחשבון.
המוגלובין הוא החלבון בתאי הדם האדומים הנקשר לחמצן (O2) בריאות ומעביר אותו לרקמות הדורשות זאת לנשימה. מאפיין יוצא מן הכלל של המוגלובין A (HbA) הוא שהוא משתתף בכריכה שיתופית עם O2. זה בעצם אומר שב- O גבוה מאוד2 ריכוזים, כמו אלה שנתקלים בריאות, ל- HbA יש זיקה הרבה יותר גבוהה לחמצן מאשר לתקן חלבון תחבורה המציית למערכת היחסים הרגילה של חלבון-תרכובת היפרבולית (מיוגלובין הוא דוגמה למצב כזה חֶלְבּוֹן). במצב O נמוך מאוד2 עם זאת, ל- HbA יש זיקה נמוכה בהרבה ל- O2 מאשר חלבון תחבורה רגיל. משמעות הדבר היא כי HbA לזלול בשקיקה את O2 במקום בו הוא נמצא בשפע ובאותה מידה מוותר עליו בשקיקה במקום בו הוא מועט - בדיוק מה שדרוש בחלבון שמעביר חמצן. התוצאה היא עקומת הקישור לעומת הלחץ הסיגמואידית עם HbA ו- O2, יתרון אבולוציוני שבלעדיו החיים בהחלט יתנהלו בקצב פחות נלהב.
משוואת הגבעה
בשנת 1910 חקר ארצ'יבלד היל את הקינמטיקה של O2קשירת המוגלובין. הוא הציע כי ל- Hb יהיה מספר ספציפי של אתרי כריכה,נ:
P + n \ text {L} ⇌ P \ text {L} _n
פה,פמייצג את הלחץ של O2 ו- L הוא קיצור של ליגנד, שפירושו כל דבר שלוקח חלק בקשירה, אך במקרה זה הוא מתייחס ל- Hb. שים לב שזה דומה לחלק ממשוואת המצע-אנזים-מוצר לעיל.
קבוע הניתוקקד לתגובה כתוב:
\ frac {[P] [\ text {L}] ^ n} {[P \ text {L} _n]}
ואילו חלקם של אתרי הכריכה הכבושיםϴ, שנע בין 0 ל -1.0, ניתן על ידי:
ϴ = \ frac {[\ text {L}] ^ n} {K_d + [\ text {L}] ^ n}
איחוד כל זה נותן אחת מצורות רבות של משוואת היל:
\ log \ bigg (\ frac {ϴ} {1- ϴ} \ bigg) = n \ log p \ text {O} _2 - \ log P_ {50}
איפהפ50 הוא הלחץ שבו מחצית ה- O2 אתרי הכריכה ב- Hb תפוסים.
מקדם הגבעה
צורת משוואת היל שצוינה לעיל היא בצורה הכללית
y = mx + b
ידועה גם כנוסחת יירוט השיפוע. במשוואה זו,Mהוא שיפוע הקו ובהוא הערך שלyשבו הגרף, קו ישר, חוצה אתy-צִיר. לפיכך השיפוע של משוואת היל הוא פשוטנ. זה נקרא מקדם היל אונה. עבור מיוגלובין, ערכו הוא 1 מכיוון שמיוגלובין אינו נקשר בשיתוף פעולה ל- O2. עבור HbA, לעומת זאת, זה 2.8. ככל שה- גבוה יותרנה, ככל שהקינטיקה של התגובה הנחקרת היא יותר סיגמואלית.
מקדם הגבעה קל יותר לקבוע מבדיקה מאשר על ידי ביצוע החישובים הנדרשים, ובדרך כלל קירוב מספיק.