Объясните, как ферментативная кинетика по Михаэлю — Ментен описывает скорость биохимических реакций, какие предположения лежат в основе модели и как ингибиторы влияют на параметры Vmax и Km
Схема и уравнение: (E + S \xrightleftharpoons[k_{-1}]{k1} ES \xrightarrow{k{cat}} E + P).
Михаэлисово–Ментен уравнение для начальной скорости: (v=\dfrac{V_{max}[S]}{K_m+[S]}),
где (V{max}=k{cat}[E]_t), а (Km=\dfrac{k{-1}+k_{cat}}{k_1}).
Основные предположения модели:
стационарное состояние для комплекса ES: (\dfrac{d[ES]}{dt}=0);суммарная концентрация фермента постоянна: ([E]_t=[E]+[ES]);измеряются начальные скорости (концентрация продукта мала, обратная реакция пренебрежима);один субстрат и один активный центр (нет аллостерии);субстрат обычно в избытке относительно фермента.
Физический смысл (Km): концентрация субстрата при половинном (V{max}); при (k{cat}\ll k{-1}) приближённо равна диссоциационной константе (K_d) комплекса ES (показатель «аффинности»).
Влияние ингибиторов (обозначим концентрацию ингибитора ([I]) и константы связывания (K_i), для смешанного — (K_i) (связывание с E) и (K_i') (с ES)):
Конкурентный ингибитор (связывается с (E), конкурирует с (S)):
Неконкурентный (чистый) ингибитор (связывается с (E) и (ES) с одинаковой константой):
(V{max}^{app}=\dfrac{V{max}}{1+[I]/K_i});(K_m^{app}=K_m) (не меняется).
Неполный (смешанный) ингибитор (разные константы для (E) и (ES)):
(V{max}^{app}=\dfrac{V{max}}{1+[I]/K_i'}) (если (K_i') — для ES);(K_m^{app}=K_m\dfrac{1+[I]/K_i}{1+[I]/K_i'}). При (K_i=K_i') возвращаемся к чистому неконкурентному случаю.
Унконкурентный ингибитор (связывается только с (ES)):
(V{max}^{app}=\dfrac{V{max}}{1+[I]/K_i});(K_m^{app}=\dfrac{K_m}{1+[I]/K_i}). (Оба уменьшаются одинаково — отношение (Km/V{max}) сохраняется.)
Краткая диагностика на графиках Лайнуивера–Бёрка ((1/v) против (1/[S])):
конкурентный: общая y-пересечение (один и тот же (1/V_{max})), разные x-пересечения;унконкурентный: параллельные линии;неконкурентный/смешанный: пересекаются левее/ниже по-разному в зависимости от типа.
Это главное о том, как М–М описывает скорость и как разные типы ингибиторов меняют (V_{max}) и (K_m).
Схема и уравнение:
(E + S \xrightleftharpoons[k_{-1}]{k1} ES \xrightarrow{k{cat}} E + P).
Михаэлисово–Ментен уравнение для начальной скорости:
(v=\dfrac{V_{max}[S]}{K_m+[S]}),
где (V{max}=k{cat}[E]_t), а
(Km=\dfrac{k{-1}+k_{cat}}{k_1}).
Основные предположения модели:
стационарное состояние для комплекса ES: (\dfrac{d[ES]}{dt}=0);суммарная концентрация фермента постоянна: ([E]_t=[E]+[ES]);измеряются начальные скорости (концентрация продукта мала, обратная реакция пренебрежима);один субстрат и один активный центр (нет аллостерии);субстрат обычно в избытке относительно фермента.Физический смысл (Km): концентрация субстрата при половинном (V{max}); при (k{cat}\ll k{-1}) приближённо равна диссоциационной константе (K_d) комплекса ES (показатель «аффинности»).
Влияние ингибиторов (обозначим концентрацию ингибитора ([I]) и константы связывания (K_i), для смешанного — (K_i) (связывание с E) и (K_i') (с ES)):
Конкурентный ингибитор (связывается с (E), конкурирует с (S)):
(V{max}^{app}=V{max});(K_m^{app}=K_m\left(1+\dfrac{[I]}{Ki}\right)).Уравнение: (v=\dfrac{V{max}[S]}{K_m(1+[I]/K_i)+[S]}).
Неконкурентный (чистый) ингибитор (связывается с (E) и (ES) с одинаковой константой):
(V{max}^{app}=\dfrac{V{max}}{1+[I]/K_i});(K_m^{app}=K_m) (не меняется).Неполный (смешанный) ингибитор (разные константы для (E) и (ES)):
(V{max}^{app}=\dfrac{V{max}}{1+[I]/K_i'}) (если (K_i') — для ES);(K_m^{app}=K_m\dfrac{1+[I]/K_i}{1+[I]/K_i'}).При (K_i=K_i') возвращаемся к чистому неконкурентному случаю.
Унконкурентный ингибитор (связывается только с (ES)):
(V{max}^{app}=\dfrac{V{max}}{1+[I]/K_i});(K_m^{app}=\dfrac{K_m}{1+[I]/K_i}).(Оба уменьшаются одинаково — отношение (Km/V{max}) сохраняется.)
Краткая диагностика на графиках Лайнуивера–Бёрка ((1/v) против (1/[S])):
конкурентный: общая y-пересечение (один и тот же (1/V_{max})), разные x-пересечения;унконкурентный: параллельные линии;неконкурентный/смешанный: пересекаются левее/ниже по-разному в зависимости от типа.Это главное о том, как М–М описывает скорость и как разные типы ингибиторов меняют (V_{max}) и (K_m).