Zelfs de kleinste moleculen of organismen met snelle reproductietijden kunnen lang duren om te produceren wat je wilt bestuderen. Voor bacteriën in een petrischaal hangt de reactiesnelheid af van de hoeveelheid reactant en de aanwezigheid van enzymen. Hoe het ook zij, je kunt vergelijkingen gebruiken om de snelheid van deze biochemische reacties te bepalen.
Enzym kinematica
In de chemie,reactiesnelhedenworden beschreven met behulp vank waardendie meten hoe snel een reactie plaatsvindt van reactanten naar producten. Voor reacties die katalysatoren gebruiken, biologische verbindingen die de reactiesnelheid versnellen, de snelheid,kkat, kunt u de maximale snelheid van de reactie bepalen. Demaximale reactiesnelheid, Vmax, vertelt je hoeveel moleculen worden omgezet in het product van de reactie wanneer het enzym zichzelf volledig oplost.
Enzymen bereiken deze hoge snelheden door de activeringsenergie van een reactie te verlagen, de hoeveelheid energie die nodig is om de reactie te laten plaatsvinden. Wanneer een enzym zich bindt aan het substraat, het molecuul of de verbindingen die u waarneemt, vormt het een enzym-substraatcomplex. Ze hebben geen directe invloed op hoeveel van de reactant of productverbindingen je hebt, en ze hebben ook zijn afhankelijk van andere factoren zoals concentratie van het enzym, temperatuur pH en sterkte tussen ionische obligaties.
KCAT-vergelijking:
Met de reactiesnelheid kun je vergelijkingen schrijven om te bepalen hoe verschillende hoeveelheden reactanten leiden tot hoeveel producten je hebt. Voor een basisreactie vanxA + yB → zC(dat wil zeggen, converteren)XmollenEENmetjamollenBopbrengstenzmollenC), zou de snelheidsvergelijking zijn
r=k[A]^m\times[B]^n
voor de reactiesnelheidr,snelheidsconstanteken molaire concentraties vanEENenBaangegeven door de haakjes. M enneezijn exponenten die je bepaalt door middel van experimenten die meten hoe snel een reactie plaatsvindt. F
Voor het specifieke geval van een enzym-gekatalyseerde reactie is de beginsnelheidv0is
v_0=\frac{k_{cat}}{K_m}
voor initiële reactiesnelheidv0. Deze snelheid vertelt je de katalysesnelheid in dezekkatformule.Kmis deMichaelis-Menten constante, die u experimenteel kunt meten of berekenen als de substraatconcentratie bij de helft van de maximale snelheid.
De constante dankt zijn naam aan deMichaelis-Menten vergelijking
v_0=\frac{v_{max}\times[S]}{K_m+[S]}
voor substraatconcentratie[S]en maximale snelheidvmaxvertelt je hoe snel een enzymatische reactie verloopt. Wanneer je berekentkkat, je kunt ook schrijven
v_0=\frac{k_{cat}\times [E]\times [S]}{K_m}
als een algemene methode van reactiesnelheid voor concentraties van enzym en substraat[E]en[S], respectievelijk.
Andere KCAT-vergelijkingsmethoden
Met deze verschillende vergelijkingen kunt u degene gebruiken die het meest geschikt is voor elk doel dat u nodig hebt, of het nu gaat om de snelheid van de reproductie van bacteriën of de snelheid van ontsteking tussen brandstoffen en gas. U kunt deze vergelijkingen zelfs gebruiken om zowel experimentele waarnemingen te combineren met theoretische modellen en berekeningen. U kunt meer te weten komen over de betekenis van de Michaelis Menten-vergelijkingsmethoden door deze verschillende manieren om de reactiesnelheid te definiëren.
Dekkatvergelijking dient de basis voor het maken vanbioreactoren. Dit zijn systemen die micro-organismen laten groeien in een optimale omgeving, die zoveel mogelijk product kan produceren. In sommige Aziatische landen worden bioreactoren zelfs gebruikt bij het maken van gefermenteerd voedsel.
Het is over het algemeen erg moeilijk of onmogelijk om de betekenis vanKmzonder meer informatie. Wetenschappers gebruiken de verhoudingkcat/kmom te meten hoe specifiek en efficiënt een enzym bindt aan een substraat. Deze verhouding, bekend als de specificiteitsconstantekSP, laat je de Michaelis-Menten-vergelijking hervormen als:
v=\frac{k_{SP}[S]}{1+\frac{k_{SP}[S]}{k_{cat}}}
om nauwkeurigere waarden van te metenkSP.