"Koeficient hriba" zveni kot izraz, ki se nanaša na strmo stopnjo. Pravzaprav gre za izraz v biokemiji, ki se nanaša na vedenje vezave molekul, običajno v živih sistemih. To je številka brez enote (to pomeni, da nima merskih enot, kot so metri na sekundo ali stopinje na gram), ki je v korelaciji zkooperativnostvezave med preiskovanimi molekulami. Njegova vrednost je empirično določena, kar pomeni, da je ocenjena ali izpeljana iz grafa povezanih podatkov, namesto da bi bila uporabljena sama za pomoč pri ustvarjanju takih podatkov.
Drugače povedano, Hill-ov koeficient je merilo, v kolikšni meri vezenje med dvema molekulama odstopa odhiperboličnirazmerje, ki se pričakuje v takih situacijah, kjer hitrost vezave in poznejša reakcija med parom molekul (pogosto encim in njegov substrat) na začetku narašča zelo hitro z naraščajočo koncentracijo substrata, preden se krivulja hitrosti v primerjavi s koncentracijo izravna in se približa teoretičnemu maksimumu, ne da bi tam. Graf takega razmerja je precej podoben zgornjemu levemu kvadrantu kroga. Namesto tega so prikazani grafi krivulj hitrosti in koncentracije za reakcije z visokimi koeficienti Hill
sigmoidnoali v obliki črke s.Tu je treba razložiti marsikaj glede osnove za koeficient Hill in s tem povezanih izrazov ter kako določiti njegovo vrednost v dani situaciji.
Kinetika encimov
Encimi so beljakovine, ki povečajo stopnje določenih biokemičnih reakcij za ogromne količine, kar jim omogoča, da nadaljujejo od tisočkrat hitreje do tisoč bilijonov hitreje. Te beljakovine to storijo tako, da znižajo aktivacijsko energijoEa eksotermnih reakcij. Egzotermična reakcija je tista, pri kateri se sprosti toplotna energija in ki zato teče brez kakršne koli zunanje pomoči. Čeprav imajo proizvodi v teh reakcijah nižjo energijo kot reaktanti, pa energijska pot do tja običajno ni enakomerna navzdol. Namesto tega obstaja "energijska grba", ki jo je treba preboleti, ki jo predstavljaEa.
Predstavljajte si, kako se vozite iz notranjosti ZDA, približno 1000 metrov nad morjem, do Los Angelesa, ki je v Tihem oceanu in očitno na morski gladini. Ne morete preprosto pristati od Nebraske do Kalifornije, saj vmes ležijo skalnate gore, prečkajo avtoceste ki se povzpnejo na več kot 5000 metrov nadmorske višine - na nekaterih mestih pa se avtoceste povzpnejo do 11000 metrov nad morjem ravni. V tem okviru mislite na encim kot na nekaj, kar lahko močno zniža višino teh gorskih vrhov v Koloradu in celotno potovanje postane manj mučno.
Vsak encim je specifičen za določen reagent, imenovan asubstratv tem kontekstu. Na ta način je encim kot ključ, substrat, za katerega je specifičen, pa kot ključavnica, za katero je ključ unikatno zasnovan. Razmerje med substrati (S), encimi (E) in produkti (P) lahko shematsko predstavimo z:
\ text {E} + \ text {S} ⇌ \ text {ES} → \ text {E} + \ text {P}
Dvosmerna puščica na levi kaže, da kadar se encim veže na "dodeljeni" substrat, lahko postane nevezan ali reakcija se lahko nadaljuje in povzroči (-jo) produkt (-e) ter encim v prvotni obliki (encimi se med katalizacijo le začasno spremenijo reakcije). Enosmerna puščica na desni pa kaže, da so produkti teh reakcij nikoli se ne vežejo na encim, ki jih je pomagal ustvariti, ko se kompleks ES loči v svojo komponento deli.
Kinetika encimov opisuje, kako hitro se te reakcije dokončajo (torej kako hitro nastane produkt (v odvisnosti od koncentracije prisotnega encima in substrata, zapisano [E] in [S]. Biokemiki so pripravili različne grafe teh podatkov, da bi bili vizualno čim bolj smiselni.
Michaelis-Menten Kinetics
Večina parov encim-substrat upošteva preprosto enačbo, imenovano Michaelis-Mentenova formula. V zgornjem razmerju se pojavljajo tri različne reakcije: Kombinacija E in S v an ES kompleks, disociacija ES na sestavini E in S ter pretvorba ES v E in P. Vsaka od teh treh reakcij ima svojo konstanto hitrosti, ki jek1, k-1 ink2, v tem vrstnem redu.
Hitrost videza izdelka je sorazmerna s konstanto hitrosti za to reakcijo,k2, in kadar koli prisotne koncentracije encimsko-substratnega kompleksa, [ES]. Matematično je to zapisano:
\ frac {dP} {dt} = k_2 [\ besedilo {ES}]
Desno stran tega lahko izrazimo z [E] in [S]. Izpeljava za zdaj ni pomembna, vendar to omogoča izračun enačbe stopnje:
\ frac {dP} {dt} = \ frac {k_2 [\ text {E}] _ 0 [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Podobno hitrost reakcijeVpodaja:
V = \ frac {V_ {max} [\ text {S}]} {K_m + [\ text {S}]}
Michaelisova konstantaKm predstavlja koncentracijo substrata, pri kateri stopnja poteka pri teoretični največji vrednosti.
Enačba Lineweaver-Burk in ustrezna ploskev je alternativni način izražanja istega informacije in je priročen, ker je njegov graf ravne črte in ne eksponentni oz logaritemska krivulja. To je recipročna vrednost Michaelis-Mentenove enačbe:
\ frac {1} {V} = \ frac {K_m + [\ text {S}]} {V_ {max} [\ text {S}]} = \ frac {K_m} {V_ {max} [\ text {S }]} + \ frac {1} {V_ {max}}
Zadružna vezava
Nekatere reakcije zlasti ne upoštevajo Michaelis-Mentenove enačbe. To je zato, ker na njihovo vezavo vplivajo dejavniki, ki jih enačba ne upošteva.
Hemoglobin je beljakovina v rdečih krvnih celicah, ki se veže na kisik (O2) v pljučih in ga prenese v tkiva, ki jih potrebujejo za dihanje. Izjemna lastnost hemoglobina A (HbA) je, da sodeluje pri kooperativni vezavi z O2. To v bistvu pomeni, da pri zelo visoki O2 koncentracij, kot so tiste v pljučih, ima HbA veliko večjo afiniteto do kisika kot standard transportne beljakovine, ki so v skladu z običajnim razmerjem hiperboličnih beljakovin in spojin (primer je mioglobin beljakovine). Pri zelo nizkem O.2 koncentracij pa ima HbA veliko manjšo afiniteto za O2 kot običajni transportni protein. To pomeni, da HbA nestrpno požre O2 kjer ga je v izobilju in se prav tako nestrpno odpove, kjer je malo - natanko tisto, kar je potrebno v beljakovinah za transport kisika. Rezultat tega je sigmoidna krivulja vezave proti tlaku, ki jo vidimo pri HbA in O2, evolucijska korist, brez katere bi življenje zagotovo teklo z bistveno manj navdušenim tempom.
Enačba Hill
Leta 1910 je Archibald Hill raziskoval kinematiko O.2-veza na hemoglobin. Predlagal je, da ima Hb določeno število vezavnih mest,n:
P + n \ besedilo {L} ⇌ P \ besedilo {L} _n
Tukaj,Ppredstavlja tlak O2 in L je okrajšava za ligand, kar pomeni vse, kar sodeluje pri vezavi, vendar se v tem primeru nanaša na Hb. Upoštevajte, da je to podobno delu zgornje enačbe substrat-encim-izdelek.
Konstanta disociacijeKd za reakcijo je zapisano:
\ frac {[P] [\ text {L}] ^ n} {[P \ text {L} _n]}
Medtem ko je delež zasedenih vezavnih mestϴ, ki se giblje od 0 do 1,0, je podan z:
ϴ = \ frac {[\ text {L}] ^ n} {K_d + [\ text {L}] ^ n}
Če vse to združimo, dobimo eno od številnih oblik Hillove enačbe:
\ log \ bigg (\ frac {ϴ} {1- ϴ} \ bigg) = n \ log p \ text {O} _2 - \ log P_ {50}
KjeP50 je tlak, pri katerem polovica O2 vezana mesta na Hb so zasedena.
Koeficient hriba
Oblika zgoraj navedene enačbe Hill je splošne oblike
y = mx + b
znana tudi kot formula naklona prestrezanja. V tej enačbimje naklon črte inbje vrednostypri kateri graf, ravna črta, prečkay-os. Tako je naklon Hill enačbe preproston. Temu pravimo Hill-ov koeficient oznH. Za mioglobin je njegova vrednost 1, ker se mioglobin ne veže kooperativno na O2. Za HbA pa je 2,8. Višji kot jenH, bolj sigmoidna je kinetika obravnavane reakcije.
Hill-ov koeficient je lažje določiti z inšpekcijskim pregledom kot s potrebnimi izračuni, običajno pa zadošča približek.
