ヒル係数を見つける方法

「ヒル係数」は、勾配の急勾配に関連する用語のように聞こえます。 実際、これは生化学の用語であり、通常は生体系における分子間結合の挙動に関連しています。 これは、単位のない数値です（つまり、メートル/秒や度/グラムなどの測定単位はありません）。協調性検査中の分子間の結合の。 その値は経験的に決定されます。つまり、関連データの生成に使用されるのではなく、関連データのグラフから推定または導出されます。

言い換えると、ヒル係数は、2つの分子間の結合挙動が双曲線分子のペア（多くの場合、酵素とその基質）間の結合とその後の反応の速度が最初にあるような状況で予想される関係 速度対濃度曲線が平坦になり、理論上の最大値に近づく前に、基質濃度の増加に伴って非常に急速に上昇します。 そこ。 このような関係のグラフは、円の左上の象限にかなり似ています。 代わりに、ヒル係数が高い反応の速度対濃度曲線のグラフは次のようになります。シグモイド、またはS字型。

ヒル係数と関連する項の基礎、および特定の状況でその値を決定する方法に関して、ここで開梱することがたくさんあります。

酵素は、特定の生化学反応の速度を膨大な量だけ増加させるタンパク質です。 何千倍も速く、何千兆倍もどこにでも進むことができます もっと早く。 これらのタンパク質は、活性化エネルギーを下げることによってこれを行いますE​_a 発熱反応の。 発熱反応とは、熱エネルギーが放出される反応であり、したがって、外部の助けなしに進行する傾向があります。 生成物はこれらの反応の反応物よりもエネルギーが低いですが、そこに到達するためのエネルギー経路は通常、安定した下り勾配ではありません。 代わりに、乗り越えるための「エネルギーのこぶ」があります。E​_a.

海抜約1,000フィートの米国内陸部から、太平洋上にあり、明らかに海抜にあるロサンゼルスまで運転しているところを想像してみてください。 ネブラスカからカリフォルニアまで単純に惰性で進むことはできません。その間にロッキー山脈があり、高速道路が交差しているからです。 海抜5,000フィートをはるかに超える高さまで上昇します。一部の場所では、高速道路は海抜11,000フィートまで上昇します。 レベル。 このフレームワークでは、酵素をコロラドの山頂の高さを大幅に下げ、旅全体の負担を軽減できるものと考えてください。

すべての酵素は、特定の反応物に特異的であり、基板この文脈で。 このように、酵素は鍵のようなものであり、それが特異的な基質は、鍵が開くように独自に設計された錠のようなものです。 基質（S）、酵素（E）、および生成物（P）の間の関係は、次のように概略的に表すことができます。

左側の双方向矢印は、酵素が「割り当てられた」基質に結合すると、結合が解除されるか、 反応が進行し、生成物と元の形の酵素が生成されます（酵素は触媒作用中に一時的にのみ修飾されます） 反応）。 一方、右側の一方向矢印は、これらの反応の生成物を示しています ES複合体がその成分に分離した後は、それらの作成を助けた酵素​​に決して結合しないでください 部品。

酵素反応速度論は、これらの反応が完了するまでの速さ（つまり、速さ）を表します 生成物が生成されます（存在する酵素と基質の濃度の関数として、[E]と書かれています。 および[S]。 生化学者は、このデータを可能な限り視覚的に意味のあるものにするために、このデータのさまざまなグラフを作成しました。

ほとんどの酵素と基質のペアは、ミカエリスメンテン式と呼ばれる単純な方程式に従います。 上記の関係では、3つの異なる反応が発生しています。 ES複合体、ESの構成要素EおよびSへの解離、およびESのEおよびSへの変換 P。 これらの3つの反応にはそれぞれ、独自の速度定数があります。k​₁, ​k​_-1 そしてk​₂、この順序で。

生成物の出現速度は、その反応の速度定数に比例します。k​₂、およびいつでも存在する酵素-基質複合体の濃度まで、[ES]。 数学的には、これは次のように書かれています。

これの右辺は[E]と[S]で表すことができます。 導出は現在の目的にとって重要ではありませんが、これにより反応速度式の計算が可能になります。

同様に反応速度Vによって与えられます：

ミカエリス定数K​_m 速度が理論上の最大値で進行する基質濃度を表します。

Lineweaver-Burk方程式と対応するプロットは、同じものを表現する別の方法です。 そのグラフは指数関数ではなく直線であるため、情報と便利です。 対数曲線。 これは、ミカエリスメンテン方程式の逆数です。

一部の反応は、特にミカエリスメンテン式に従わない。 これは、それらの結合が、方程式が考慮していない要因の影響を受けるためです。

ヘモグロビンは、酸素（O）に結合する赤血球のタンパク質です。₂）肺にあり、呼吸に必要な組織に輸送します。 ヘモグロビンA（HbA）の優れた特性は、Oとの協調的結合に関与することです。₂. これは本質的に、非常に高いOで₂ 肺で遭遇するような濃度では、HbAは標準よりもはるかに高い酸素親和性を持っています 通常の双曲線タンパク質-化合物の関係に従う輸送タンパク質（ミオグロビンはそのような例です タンパク質）。 非常に低いOで₂ ただし、HbAのOに対する親和性ははるかに低くなります。₂ 標準的な輸送タンパク質よりも。 これは、HbAが熱心にOをむさぼり食うことを意味します₂ それが豊富で、不足している場所でそれを熱心に放棄するのと同じように、酸素輸送タンパク質に必要なものです。 これにより、HbAとOで見られるシグモイド結合対圧力曲線が得られます。₂、それがなければ人生は確かに実質的にそれほど熱狂的なペースで進んでいないであろう進化的利益。

1910年、アーチボルドヒルはOの運動学を調査しました₂-ヘモグロビン結合。 彼は、Hbには特定の数の結合部位があることを提案しました。​n​​:

ここに、POの圧力を表します₂ Lはリガンドの略で、結合に関与するものを意味しますが、この場合はHbを指します。 これは、上記の基質-酵素-生成物の式の一部に類似していることに注意してください。

解離定数K​_d 反応のために書かれています：

一方、占有された結合部位の割合ϴの範囲は0から1.0で、次の式で与えられます。

これらすべてをまとめると、ヒルの式の多くの形式の1つが得られます。

どこP​₅₀ Oの半分がかかる圧力です₂ Hbの結合部位が占有されています。

上記のヒルの式の形式は一般的な形式です

スロープインターセプト式とも呼ばれます。 この方程式では、mは線の傾きであり、bの値ですy直線であるグラフがy-軸。 したがって、ヒルの式の傾きは単純です。n. これはヒル係数またはn​​_H. ミオグロビンの場合、ミオグロビンはOに協調的に結合しないため、その値は1です。₂. ただし、HbAの場合は2.8です。 高いほどn​​_H、研究中の反応のよりシグモイド的な動力学。

ヒル係数は、必要な計算を行うよりも検査から決定する方が簡単であり、通常は近似で十分です。