Содержание
«Коэффициент Хилла» звучит как термин, который относится к крутизне уклона. На самом деле, это термин в биохимии, который относится к поведению связывания молекул, обычно в живых системах. Это число без единиц измерения (то есть без единиц измерения, таких как метры в секунду или градусы на грамм), которое коррелирует с кооперативности связи между молекулами, которые исследуются. Его значение определяется эмпирически, что означает, что оно оценивается или выводится из графика связанных данных, а не используется само для создания таких данных.
Иными словами, коэффициент Хилла является мерой степени, в которой поведение связи между двумя молекулами отклоняется от гиперболический ожидаемое соотношение в таких ситуациях, когда скорость связывания и последующей реакции между парой молекул (часто ферментом и его субстратом) первоначально очень быстро возрастает с увеличением концентрации субстрата до того, как кривая скорость-концентрация выравнивается и приближается к теоретический максимум, не совсем добравшись туда. График такого отношения скорее напоминает верхний левый сектор круга. Графики кривых зависимости скорости от концентрации для реакций с высокими коэффициентами Хилла вместо сигмовиднойили s-образный.
Здесь есть много чего распаковать относительно основы для коэффициента Хилла и связанных с ним терминов, а также о том, как определить его значение в данной ситуации.
Фермент Кинетика
Ферменты - это белки, которые в огромных количествах увеличивают скорость определенных биохимических реакций, позволяя им протекать от тысячи раз быстрее до тысяч триллионов раз быстрее. Эти белки делают это путем снижения энергии активации E экзотермических реакций. Экзотермическая реакция - это реакция, при которой выделяется тепловая энергия, и поэтому она имеет тенденцию протекать без какой-либо внешней помощи. Хотя продукты имеют более низкую энергию, чем реагенты в этих реакциях, энергетический путь для их получения обычно не является устойчивым нисходящим уклоном. Вместо этого есть «энергетический горб» для преодоления, представленный E.
Представьте, что вы едете изнутри США, примерно на 1000 футов над уровнем моря, в Лос-Анджелес, который находится на Тихом океане и явно на уровне моря. Вы не можете просто отправиться из Небраски в Калифорнию, потому что между ними лежат Скалистые горы, пересекающие шоссе, которые поднимаются на высоту более 5000 футов над уровнем моря, а в некоторых местах шоссе поднимаются на высоту до 11 000 футов над уровнем моря. В этом контексте думайте о ферменте как о чем-то, способном значительно снизить высоту этих горных вершин в Колорадо и сделать весь путь менее трудным.
Каждый фермент специфичен для конкретного реагента, называемого подложка в этом мошенничестве Таким образом, фермент подобен ключу, а субстрат, для которого он является специфическим, подобен замку, ключ которого уникально разработан для открытия. Соотношение между субстратами (S), ферментами (E) и продуктами (P) может быть схематически представлено следующим образом:
E + S ⇌ ES → E + P
Двунаправленная стрелка слева указывает на то, что когда фермент связывается со своим «назначенным» субстратом, он может стать несвязанным или реакция может протекать и привести к продукту (продуктам) плюс фермент в его первоначальной форме (ферменты изменяются только временно, пока катализирующие реакции). Однонаправленная стрелка справа, с другой стороны, указывает на то, что продукты этих реакций никогда не связываются с ферментом, который помог их создать, когда комплекс ES разделяется на его составные части.
Ферментативная кинетика описывает, как быстро эти реакции протекают до завершения (то есть, как быстро генерируется продукт) в зависимости от концентрации присутствующего фермента и субстрата, написано и. Биохимики придумали множество графиков этих данных, чтобы сделать это визуально значимым, насколько это возможно.
Михаэлис-Ментен Кинетикс
Большинство пар фермент-субстрат подчиняются простому уравнению, называемому формулой Михаэлиса-Ментена. В приведенных выше соотношениях происходят три разные реакции: объединение E и S в комплекс ES, диссоциация ES на составляющие E и S и превращение ES в E и P. Каждая из этих трех реакций имеет свои собственная константа скорости, которые к1, к-1 и к2, в этой последовательности.
Скорость появления продукта пропорциональна константе скорости для этой реакции, k2и концентрации фермент-субстратного комплекса, присутствующего в любое время. Математически это написано:
дП / дт = к2
Правая часть этого может быть выражена через и. Вывод не важен для настоящих целей, но это позволяет для вычисления уравнения скорости:
дП / дт = (к20) / (Км+)
Аналогично скорость реакции V определяется как:
V = VМаксимум/ (Км+)
Константа Михаэлиса Kм представляет концентрацию субстрата, при которой скорость достигает своего теоретического максимального значения.
Уравнение Линевера-Бёрка и соответствующий график являются альтернативным способом выражения той же информации и удобны, потому что его график представляет собой прямую линию, а не экспоненциальную или логарифмическую кривую. Это обратное уравнение Михаэлиса-Ментена:
1 / V = (Км+) / Vmax = (Км/ V,Максимум) + (1 / VМаксимум )
Кооперативное связывание
Некоторые реакции, в частности, не подчиняются уравнению Михаэлиса-Ментена. Это потому, что на их связывание влияют факторы, которые уравнение не учитывает.
Гемоглобин - это белок в красных кровяных клетках, который связывается с кислородом (O2) в легких и транспортирует его в ткани, которые требуют его для дыхания. Выдающимся свойством гемоглобина А (HbA) является то, что он участвует в кооперативном связывании с О2, По сути это означает, что при очень высоком O2 В концентрациях, подобных тем, которые встречаются в легких, HbA имеет гораздо более высокое сродство к кислороду, чем стандартный транспортный белок, подчиняющийся обычным отношениям гиперболического белка и соединения (пример такого белка - миоглобин). При очень низкой O2 концентрации HbA, однако, имеют гораздо более низкое сродство к O2 чем стандартный транспортный белок. Это означает, что HbA жадно поглощает O2 где он в изобилии и так же охотно отказывается от него, где его мало - именно то, что нужно в белке транспорта кислорода. Это приводит к кривой сигмоидального связывания в зависимости от давления, наблюдаемой с HbA и O2эволюционная выгода, без которой жизнь, несомненно, будет идти значительно менее восторженными темпами.
Уравнение холма
В 1910 году Арчибальд Хилл исследовал кинематику О2-гемоглобин связывание. Он предположил, что Hb имеет определенное количество сайтов связывания, N:
P + nL ⇌ PLN
Здесь P представляет собой давление O2 и L - сокращение от лиганда, что означает все, что участвует в связывании, но в этом случае это относится к Hb. Обратите внимание, что это похоже на приведенную выше часть уравнения субстрат-фермент-продукт.
Константа диссоциации Kd для реакции написано:
N /
Принимая во внимание, что доля занятых сайтов связывания ranges, которая находится в диапазоне от 0 до 1,0, определяется как:
ϴ = N/ (Кd +N)
Объединение всего этого дает одну из многих форм уравнения Хилла:
log (ϴ /) = n log pO2 - журнал P50
Где П50 это давление, при котором половина О2 сайты связывания на Hb заняты.
Коэффициент Хилла
Приведенная выше форма уравнения Хилла имеет общий вид y = mx + b, также известный как формула пересечения наклона. В этом уравнении m - это наклон линии, а b - это значение y, при котором график, прямая линия, пересекает ось y. Таким образом, наклон уравнения Хилла просто n. Это называется коэффициентом Хилла или пЧАС, Для миоглобина его значение равно 1, потому что миоглобин не связывается кооперативно с O2, Для HbA, однако, это 2,8. Чем выше пЧАСчем больше сигмоидальная кинетика исследуемой реакции.
Коэффициент Хилла легче определить по результатам проверки, чем с помощью необходимых вычислений, и обычно достаточно приближения.