แม้แต่โมเลกุลหรือสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุดที่มีเวลาการสืบพันธุ์ที่รวดเร็วก็อาจใช้เวลานานในการผลิตสิ่งที่คุณต้องการศึกษา สำหรับแบคทีเรียในจานเพาะเชื้อ ความเร็วของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับปริมาณสารตั้งต้นที่มีอยู่และการมีอยู่ของเอนไซม์ ไม่ว่าในกรณีใด คุณสามารถใช้สมการเพื่อกำหนดความเร็วของปฏิกิริยาทางชีวเคมีเหล่านี้ได้
จลนศาสตร์ของเอนไซม์
ในวิชาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาอธิบายโดยใช้k ค่าที่วัดความเร็วของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากสารตั้งต้นสู่ผลิตภัณฑ์ สำหรับปฏิกิริยาที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา สารประกอบชีวภาพที่เร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยา อัตราkแมวช่วยให้คุณกำหนดความเร็วสูงสุดของปฏิกิริยาได้ ดิอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงสุด, วีmaxบอกคุณว่ามีการแปลงโมเลกุลกี่ตัวเป็นผลคูณของปฏิกิริยาเมื่อเอนไซม์ละลายตัวเองเต็มที่
เอ็นไซม์บรรลุความเร็วสูงเหล่านี้โดยการลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา ซึ่งเป็นปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น เมื่อเอ็นไซม์จับกับซับสเตรต โมเลกุลหรือสารประกอบที่คุณกำลังสังเกต จะสร้างสารเชิงซ้อนของเอ็นไซม์-ซับสเตรต ไม่ส่งผลโดยตรงต่อปริมาณสารตั้งต้นหรือสารประกอบของผลิตภัณฑ์ที่คุณมี และยัง ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ เช่น ความเข้มข้นของเอนไซม์ อุณหภูมิ pH และความแข็งแรงระหว่างไอออนิก พันธบัตร
สมการ KCAT
อัตราการเกิดปฏิกิริยาช่วยให้คุณเขียนสมการเพื่อกำหนดว่าปริมาณสารตั้งต้นที่แตกต่างกันนำไปสู่ปริมาณผลิตภัณฑ์ที่คุณมีมากน้อยเพียงใด สำหรับปฏิกิริยาพื้นฐานของxA + yB → zC(นั่นคือการแปลงxไฝของอากับyไฝของบีผลผลิตzไฝของค) สมการอัตราจะเป็น
r=k[A]^m\times[B]^n
สำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาร,อัตราคงที่kและความเข้มข้นของกรามของอาและบีแสดงโดยวงเล็บ เอ็มและนเป็นเลขชี้กำลังที่คุณกำหนดได้จากการทดลองที่วัดว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วแค่ไหน F
สำหรับกรณีเฉพาะของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ ความเร็วเริ่มต้น theวี0คือ
v_0=\frac{k_{cat}}{K_m}
สำหรับความเร็วปฏิกิริยาเริ่มต้นวี0. ความเร็วนี้บอกคุณถึงอัตราการเร่งปฏิกิริยาในสิ่งนี้kแมวสูตร.Kมคือมิคาเอลิส-เมนเทน ค่าคงที่ซึ่งคุณสามารถวัดในการทดลองหรือคำนวณเป็นความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ครึ่งหนึ่งของความเร็วสูงสุด
ค่าคงที่ได้ชื่อมาจากสมการมิคาเอลิส-เมนเทนten
v_0=\frac{v_{max}\times[S]}{K_m+[S]}
สำหรับความเข้มข้นของสารตั้งต้น[ส]และความเร็วสูงสุดวีmaxบอกคุณว่าปฏิกิริยาของเอนไซม์เร็วแค่ไหน เมื่อคุณคำนวณkแมวคุณยังสามารถเขียน
v_0=\frac{k_{cat}\times [E]\times [S]}{K_m}
เป็นวิธีการทั่วไปของอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับความเข้มข้นของเอนไซม์และซับสเตรต[E]และ[ส]ตามลำดับ
วิธีสมการ KCAT อื่นๆ
สมการต่างๆ เหล่านี้ช่วยให้คุณใช้สมการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจุดประสงค์ใดก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นอัตราการแพร่พันธุ์ของแบคทีเรียหรืออัตราการจุดไฟระหว่างเชื้อเพลิงและก๊าซ คุณสามารถใช้สมการเหล่านี้ในการรวมทั้งการสังเกตเชิงทดลองกับแบบจำลองทางทฤษฎีและการคำนวณ คุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับความสำคัญของวิธีสมการของ Michaelis Menten ได้จากวิธีกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาแบบต่างๆ เหล่านี้
ดิkแมวสมการทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ. สิ่งเหล่านี้คือระบบที่ช่วยให้จุลินทรีย์เติบโตในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม ซึ่งสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้มากที่สุด เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพยังใช้ในการปรุงอาหารหมักในบางประเทศในเอเชีย
โดยทั่วไปเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดความหมายของKมโดยไม่มีข้อมูลเพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์ใช้อัตราส่วนkcat/กมเพื่อวัดว่าเอนไซม์จับกับสารตั้งต้นได้อย่างไรโดยเฉพาะและมีประสิทธิภาพ อัตราส่วนนี้เรียกว่าค่าคงที่ความจำเพาะkSPให้คุณปฏิรูปสมการมิคาเอลิส-เมนเทนเป็น
v=\frac{k_{SP}[S]}{1+\frac{k_{SP}[S]}{k_{cat}}}
เพื่อวัดค่าที่แม่นยำยิ่งขึ้นของkSP.