"Kalna koeficients" izklausās kā termins, kas attiecas uz pakāpes stāvumu. Faktiski tas ir bioķīmijas termins, kas attiecas uz molekulu saistīšanās uzvedību, parasti dzīvās sistēmās. Tas ir vienības skaitlis (tas ir, tam nav mērvienību, piemēram, metri sekundē vai grādi gramā), kas korelē ar skaitlisadarbībasaistīšanās starp pārbaudāmajām molekulām. Tās vērtība tiek noteikta empīriski, tas nozīmē, ka tā tiek aprēķināta vai iegūta no saistīto datu diagrammas, nevis tiek izmantota pati, lai palīdzētu ģenerēt šādus datus.
Citādi sakot, Hila koeficients ir mērs tam, cik lielā mērā saistīšanās uzvedība starp divām molekulām atšķiras nohiperboliskssagaidāmās attiecības šādās situācijās, kur sākotnēji saistīšanās ātrums un turpmākā reakcija starp molekulu pāri (bieži fermentu un tā substrātu) pieaug ļoti ātri, palielinoties substrāta koncentrācijai, pirms ātruma un koncentrācijas līkne izlīdzinās un tuvojas teorētiskajam maksimumam, diezgan nesasniedzot tur. Šādu attiecību grafiks drīzāk atgādina apļa augšējo kreiso kvadrantu. Tā vietā ir ātruma un koncentrācijas līkņu diagrammas reakcijām ar augstiem Hill koeficientiem
Šeit ir daudz kas izpakojams attiecībā uz Hill koeficienta pamatu un ar to saistītajiem noteikumiem un par to, kā noteikt tā vērtību konkrētajā situācijā.
Fermentu kinētika
Fermenti ir olbaltumvielas, kas palielina noteiktu bioķīmisko reakciju ātrumu par milzīgu daudzumu, ļaujot viņiem pāriet no tūkstošiem reižu ātrāk līdz tūkstošiem triljonu reižu ātrāk. Šie proteīni to dara, samazinot aktivācijas enerģijuEa no eksotermiskām reakcijām. Eksotermiska reakcija ir tāda, kurā tiek atbrīvota siltumenerģija, un tāpēc tā mēdz noritēt bez jebkādas ārējas palīdzības. Lai gan produktiem ir mazāka enerģija nekā reaģentiem šajās reakcijās, tomēr enerģētiskais ceļš, lai tur nokļūtu, parasti nav vienmērīgs lejupvērsts slīpums. Tā vietā ir "enerģijas kupris", lai tiktu pāri, ko pārstāvEa.
Iedomājieties, kā jūs braucat no ASV iekšienes, apmēram 1000 pēdas virs jūras līmeņa, uz Losandželosu, kas atrodas Klusajā okeānā un skaidri jūras līmenī. Jūs nevarat vienkārši piekrastēt no Nebraskas līdz Kalifornijai, jo starp tām atrodas Klinšu kalni, šosejas šķērso kas uzkāpj krietni virs 5000 pēdām virs jūras līmeņa - un dažās vietās lielceļi uzkāpj līdz 11 000 pēdām virs jūras līmenī. Šajā kontekstā domājiet par fermentu kā kaut ko tādu, kas var ievērojami samazināt Kolorādo kalnu virsotņu augstumu un padarīt visu braucienu mazāk apgrūtinošu.
Katrs ferments ir specifisks konkrētam reaģentam, ko sauc par asubstrātsšajā kontekstā. Tādā veidā ferments ir kā atslēga, un substrāts, kuram tas ir specifisks, ir kā slēdzene, kuras atvēršanai atslēga ir unikāli paredzēta. Attiecību starp substrātiem (S), enzīmiem (E) un produktiem (P) var shematiski attēlot šādi:
\ text {E} + \ text {S} ⇌ \ text {ES} → \ text {E} + \ text {P}
Divvirzienu bultiņa kreisajā pusē norāda, ka, fermentam saistoties ar tam piešķirto substrātu, tas var vai nu kļūt nesaistīts, vai arī reakcija var turpināties, kā rezultātā rodas produkts (-i) un ferments tā sākotnējā formā (fermenti tiek tikai īslaicīgi modificēti, vienlaikus katalizējot reakcijas). Savukārt vienvirziena bultiņa pa labi norāda, ka šo reakciju produkti nekad nesaistieties ar fermentu, kas palīdzēja tos radīt, tiklīdz ES komplekss atdalās tā komponentā daļas.
Fermentu kinētika apraksta, cik ātri šīs reakcijas norit līdz galam (tas ir, cik ātri rodas produkts (kā funkcija no esošā fermenta un substrāta koncentrācijas, rakstīts [E] un [S]. Bioķīmiķi ir izstrādājuši dažādus šo datu grafikus, lai tie būtu pēc iespējas vizuāli nozīmīgāki.
Miķeelis-Menten kinētika
Lielākā daļa enzīmu-substrātu pāru pakļaujas vienkāršam vienādojumam, ko sauc par Mihaela-Mentena formulu. Iepriekš minētajās attiecībās notiek trīs dažādas reakcijas: E un S apvienošana par ES komplekss, ES disociācija tās sastāvdaļās E un S un ES pārveidošana par E un S P. Katrai no šīm trim reakcijām ir sava ātruma konstante, kas irk1, k-1 unk2, tādā secībā.
Produkta parādīšanās ātrums ir proporcionāls ātruma konstantei šai reakcijai,k2un jebkurā laikā esošā enzīma-substrāta kompleksa koncentrācijai [ES]. Matemātiski tas ir rakstīts:
\ frac {dP} {dt} = k_2 [\ teksts {ES}]
Labo pusi to var izteikt ar [E] un [S]. Atvasinājums pašreizējiem mērķiem nav svarīgs, taču tas ļauj aprēķināt likmes vienādojumu:
\ frac {dP} {dt} = \ frac {k_2 [\ text {E}] _ 0 [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Līdzīgi arī reakcijas ātrumsVdod:
V = \ frac {V_ {max} [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Miķeļa konstanteKm apzīmē substrāta koncentrāciju, pie kuras ātrums notiek pie tā teorētiski maksimālās vērtības.
Lineweaver-Burk vienādojums un atbilstošais grafiks ir alternatīvs veids, kā izteikt to pašu informāciju un ir ērti, jo tā diagramma ir taisna, nevis eksponenciāla vai logaritmiskā līkne. Tas ir Maikela-Mentena vienādojuma atgriezeniskais elements:
\ frac {1} {V} = \ frac {K_m + [\ text {S}]} {V_ {max} [\ text {S}]} = \ frac {K_m} {V_ {max} [\ text {S }]} + \ frac {1} {V_ {max}}
Kooperatīva iesiešana
Dažas reakcijas īpaši nepakļaujas Maikela-Mentena vienādojumam. Tas ir tāpēc, ka to saistīšanu ietekmē faktori, kurus vienādojums neņem vērā.
Hemoglobīns ir olbaltumviela sarkanajās asins šūnās, kas saistās ar skābekli (O2) plaušās un transportē to uz audiem, kuriem nepieciešama elpošana. Izcila hemoglobīna A (HbA) īpašība ir tā, ka tā piedalās kooperatīvā saistībā ar O2. Tas būtībā nozīmē, ka pie ļoti augsta O2 koncentrācijas, piemēram, tās, kas rodas plaušās, HbA ir daudz augstāka afinitāte pret skābekli nekā standarta transporta olbaltumvielas, ievērojot parasto hiperbolisko olbaltumvielu un savienojumu attiecību (mioglobīns ir šādas a olbaltumvielas). Pie ļoti zemas O2 koncentrācijas, tomēr HbA ir daudz zemāka afinitāte pret O2 nekā standarta transporta olbaltumviela. Tas nozīmē, ka HbA ar nepacietību apēd O2 kur to ir daudz un tikpat dedzīgi atsakās no tā, kur to ir maz - tieši tas, kas vajadzīgs skābekļa transportēšanas olbaltumvielām. Tā rezultātā tiek iegūta sigmoidālā saistīšanās un spiediena līkne, kas redzama ar HbA un O2, evolūcijas ieguvums, bez kura dzīve noteikti ritētu ievērojami mazāk entuziastiskā tempā.
Kalna vienādojums
1910. gadā Arčibalds Hils izpētīja O kinemātiku2-saistīšanās ar hemoglobīnu. Viņš ierosināja, ka Hb ir noteikts skaits saistošo vietu,n:
P + n \ teksts {L} ⇌ P \ teksts {L} _n
Šeit,Papzīmē O spiedienu2 un L ir saīsinājums no liganda, kas nozīmē jebko, kas piedalās saistīšanās procesā, bet šajā gadījumā tas attiecas uz Hb. Ņemiet vērā, ka tas ir līdzīgs iepriekš minētā substrāta-fermenta-produkta vienādojuma daļai.
Disociācijas konstanteKd par reakciju ir rakstīts:
\ frac {[P] [\ text {L}] ^ n} {[P \ text {L} _n]}
Tā kā aizņemto saistošo vietu daļaϴ, kas svārstās no 0 līdz 1,0, izsaka:
ϴ = \ frac {[\ text {L}] ^ n} {K_d + [\ text {L}] ^ n}
To visu apvienojot, tiek iegūta viena no daudzajām Hila vienādojuma formām:
\ log \ bigg (\ frac {ϴ} {1- ϴ} \ bigg) = n \ log p \ text {O} _2 - \ log P_ {50}
KurP50 ir spiediens, pie kura puse no O2 saistošās vietas Hb ir aizņemtas.
Kalna koeficients
Iepriekš sniegtā Hila vienādojuma forma ir vispārīga
y = mx + b
pazīstams arī kā slīpuma pārtveršanas formula. Šajā vienādojumāmir līnijas slīpums unbir vērtībaypie kuras grafiks, taisna līnija, šķērsoy- ass. Tādējādi kalna vienādojuma slīpums ir vienkāršin. To sauc par Hill koeficientu vainH. Mioglobīnam tā vērtība ir 1, jo mioglobīns nesadarbojas ar O2. Tomēr HbA tas ir 2,8. Jo augstāksnH, jo vairāk sigmoidāla ir pētāmās reakcijas kinētika.
Hila koeficientu ir vieglāk noteikt pēc pārbaudes, nekā veicot nepieciešamos aprēķinus, un aptuvenais lielums parasti ir pietiekams.