Selv den minste av molekyler eller organismer med rask reproduksjonstid kan ta lang tid å produsere det du vil studere. For bakterier i en petriskål avhenger reaksjonshastigheten av hvor mye av reaktanten det er, samt tilstedeværelsen av enzymer. Uansett hva som er tilfelle, kan du bruke ligninger for å bestemme hastigheten på disse biokjemiske reaksjonene.
Enzymkinematikk
I kjemi,reaksjonshastigheterer beskrevet ved hjelp avk-verdiersom måler hvor raskt en reaksjon oppstår fra reaktanter til produkter. For reaksjoner som bruker katalysatorer, biologiske forbindelser som fremskynder reaksjonshastigheten,kkatt, lar deg bestemme maksimal hastighet på reaksjonen. Demaksimal reaksjonshastighet, Vmaks, forteller deg hvor mange molekyler som omdannes til reaksjonsproduktet når enzymet oppløses helt.
Enzymer oppnår disse høye hastighetene ved å senke aktiveringsenergien til en reaksjon, hvor mye energi som kreves for at reaksjonen skal skje. Når et enzym binder seg til substratet, molekylet eller forbindelsene du observerer, danner det et enzym-substratkompleks. De påvirker ikke direkte hvor mye av reaktanten eller produktforbindelsene du har, og de også avhenger av andre faktorer som konsentrasjon av enzymet, temperatur pH og styrke mellom ionisk obligasjoner.
KCAT-ligning
Med reaksjonshastighet kan du skrive ligninger for å bestemme hvor forskjellige mengder reaktanter som fører til hvor mye produkter du har. For en grunnleggende reaksjon påxA + yB → zC(det vil si konverteringxmol avENmedymol avBgirzmol avC), ville hastighetsligningen være
r = k [A] ^ m \ ganger [B] ^ n
for reaksjonshastighetenr,hastighetskonstantkog molære konsentrasjoner avENogBangitt med parentes. M ogner eksponenter som du bestemmer gjennom eksperimenter som måler hvor raskt en reaksjon skjer. F
For det spesifikke tilfellet av en enzymkatalysert reaksjon, starthastighetenv0er
v_0 = \ frac {k_ {cat}} {K_m}
for innledende reaksjonshastighetv0. Denne hastigheten forteller deg katalysehastigheten i dettekkattformel.Kmer denMichaelis-Menten konstant, som du enten kan måle eksperimentelt eller beregne som substratkonsentrasjonen med halvparten av maksimal hastighet.
Den konstante får navnet sitt fraMichaelis-Menten ligning
v_0 = \ frac {v_ {max} \ times [S]} {K_m + [S]}
for substratkonsentrasjon[S]og maksimal hastighetvmaksforteller deg hvor raskt en enzymatisk reaksjon. Når du beregnerkkatt, kan du også skrive
v_0 = \ frac {k_ {cat} \ times [E] \ times [S]} {K_m}
som en generell metode for reaksjonshastighet for konsentrasjoner av enzym og substrat[E]og[S], henholdsvis.
Andre KCAT-ligningsmetoder
Disse forskjellige ligningene lar deg bruke den som er mest passende for hvilket formål du trenger, enten det er reproduksjonshastigheten for bakterier eller tenningsgraden mellom drivstoff og gass. Du kan til og med bruke disse ligningene til å kombinere både eksperimentelle observasjoner med teoretiske modeller og beregninger. Du kan lære om betydningen av Michaelis Menten-ligningsmetodene gjennom disse forskjellige måtene å definere reaksjonshastighet på.
Dekkattligning tjener grunnlaget for å skapebioreaktorer. Dette er systemer som lar mikroorganismer vokse i et optimalt miljø, et som kan produsere så mye produkt som mulig. Bioreaktorer brukes til og med til å lage fermenterte matvarer i noen asiatiske land.
Det er generelt veldig vanskelig eller umulig å bestemme betydningen avKmuten mer informasjon. Forskere bruker forholdetkcat / Kmå måle hvor spesifikt og effektivt et enzym binder seg til et substrat. Dette forholdet, kjent som spesifisitetskonstantenkSP, lar deg reformere Michaelis-Menten-ligningen som
v = \ frac {k_ {SP} [S]} {1+ \ frac {k_ {SP} [S]} {k_ {cat}}}
for å måle mer nøyaktige verdier avkSP.