Även den minsta av molekyler eller organismer med snabba reproduktionstider kan ta lång tid att producera det du vill studera. För bakterier i en petriskål beror reaktionshastigheten på hur mycket av reaktanten som finns och närvaron av enzymer. Oavsett fallet kan du använda ekvationer för att bestämma hastigheten på dessa biokemiska reaktioner.
Enzymkinematik
Inom kemi,reaktionshastigheterbeskrivs medk-värdensom mäter hur snabbt en reaktion sker från reaktanter till produkter. För reaktioner som använder katalysatorer, biologiska föreningar som påskyndar reaktionshastigheten,kkatt, låter dig bestämma reaktionens maximala hastighet. Demaximal reaktionshastighet, Vmax, berättar hur många molekyler som omvandlas till reaktionsprodukten när enzymet helt upplöses.
Enzymer uppnår dessa höga hastigheter genom att sänka aktiveringsenergin för en reaktion, den mängd energi som krävs för att reaktionen ska inträffa. När ett enzym binder till substratet, molekylen eller föreningarna du observerar bildar det ett enzym-substratkomplex. De påverkar inte direkt hur mycket av reaktanten eller produktföreningarna du har, och de gör det också beror på andra faktorer som koncentration av enzymet, temperatur pH och styrka mellan jonisk obligationer.
KCAT-ekvation
Med reaktionshastighet kan du skriva ekvationer för att bestämma hur olika mängder reaktanter som leder till hur mycket produkter du har. För en grundläggande reaktion avxA + yB → zC(det vill säga konverteraxmol avAmedymol avBavkastningzmol avC) skulle hastighetsekvationen vara
r = k [A] ^ m \ gånger [B] ^ n
för reaktionshastighetenr,hastighetskonstantkoch molära koncentrationer avAochBbetecknas med parenteserna. M ochnär exponenter som du bestämmer genom experiment som mäter hur snabbt en reaktion inträffar. F
För det specifika fallet med en enzymkatalyserad reaktion är initialhastighetenv0är
v_0 = \ frac {k_ {cat}} {K_m}
för initial reaktionshastighetv0. Denna hastighet berättar katalyshastigheten i dettakkattformel.KmärMichaelis-Menten konstant, som du antingen kan mäta experimentellt eller beräkna som substratkoncentrationen vid hälften av den maximala hastigheten.
Konstanten får sitt namn frånMichaelis-Menten ekvation
v_0 = \ frac {v_ {max} \ times [S]} {K_m + [S]}
för substratkoncentration[S]och maximal hastighetvmaxberättar hur snabbt en enzymatisk reaktion. När du räknarkkatt, du kan också skriva
v_0 = \ frac {k_ {cat} \ times [E] \ times [S]} {K_m}
som en allmän metod för reaktionshastighet för koncentrationer av enzym och substrat[E]och[S]respektive.
Andra KCAT-ekvationsmetoder
Dessa olika ekvationer låter dig använda den som är mest lämplig för vilket ändamål du behöver oavsett om det är bakteriernas reproduktionshastighet eller antändningshastigheten mellan bränsle och gas. Du kan till och med använda dessa ekvationer för att kombinera både experimentella observationer med teoretiska modeller och beräkningar. Du kan lära dig betydelsen av Michaelis Menten-ekvationsmetoderna genom dessa olika sätt att definiera reaktionshastighet.
Dekkattekvationen tjänar grunden för att skapabioreaktorer. Dessa är system som låter mikroorganismer växa i en optimal miljö, ett som kan producera så mycket produkt som möjligt. Bioreaktorer används även vid framställning av fermenterade livsmedel i vissa asiatiska länder.
Det är i allmänhet mycket svårt eller omöjligt att bestämma innebörden avKmutan mer information. Forskare använder förhållandetkcat / Kmför att mäta hur specifikt och effektivt ett enzym binder till ett substrat. Detta förhållande, känt som specificitetskonstantenkSP, låter dig reformera Michaelis-Menten-ekvationen som
v = \ frac {k_ {SP} [S]} {1+ \ frac {k_ {SP} [S]} {k_ {cat}}}
för att mäta mer exakta värden påkSP.