תוֹכֶן
"מקדם הגבעה" נשמע כמו מונח הנוגע לתלולתו של ציון. למעשה, זהו מונח בביוכימיה המתייחס להתנהגות קשירת מולקולות, בדרך כלל במערכות חיות. זהו מספר ללא יחידה (כלומר, אין לו יחידות מידה כמו מטר לשנייה או מעלות לגרם) שמתואם עם שיתופי פעולה של הקשר בין המולקולות הנבדקות. ערכו נקבע באופן אמפירי, כלומר הוא מוערך או נגזר מתרשים של נתונים קשורים ולא משמש עצמו כדי לעזור בהפקת נתונים כאלה.
במילים אחרות, מקדם היל הוא מדד למידת ההתנהגות המחייבת בין שתי מולקולות היפרבולי מערכת היחסים הצפויה במצבים כאלה, שבהם מהירות ההתקשרות והתגובה העוקבת בין זוג מולקולות (לעיתים קרובות אנזים והמצע שלה) עולה בהתחלה במהירות רבה עם עליית ריכוז המצע לפני שעקומת המהירות לעומת ריכוז מתפשטת ומתקרבת ל מקסימום תיאורטי בלי להגיע ממש לשם. הגרף של קשר כזה דומה למדי לרבע השמאלי העליון של מעגל. במקום זאת, הגרפים של עקומות מהירות לעומת ריכוז לתגובות עם מקדמי היל גבוה sigmoidal, או בצורת s.
יש כאן הרבה מה לפרוק לגבי הבסיס למקדם היל ולמונחים הקשורים אליו וכיצד ניתן לקבוע את ערכו במצב נתון.
אנזים קינטיקה
אנזימים הם חלבונים המגדילים את שיעורי התגובות הביוכימיות המסוימות בכמויות אדירות, ומאפשרים להם להתקדם בכל מקום בין אלפי פעמים מהר יותר לאלפי טריליון פעמים מהר יותר. חלבונים אלה עושים זאת על ידי הורדת אנרגיית ההפעלה Eא של תגובות אקזוותרמיות. תגובה אקזוטית היא תגובה בה אנרגיית החום משתחררת ולכן נוטה להמשיך ללא כל עזרה חיצונית. למרות שלמוצרים יש אנרגיה נמוכה יותר מאשר המגיבים בתגובות אלה, עם זאת, בדרך כלל האנרגיה להגיע לשם היא לא מדרון קבוע כלפי מטה. במקום זאת, יש "דבורה אנרגטית" להתגבר, המיוצגת על ידי Eא.
דמיין את עצמך נוסע מחלקה הפנימי של ארה"ב, בגובה של מטר וחצי מעל פני הים, ללוס אנג'לס שנמצאת על האוקיאנוס השקט וברור בגובה פני הים. אי אפשר פשוט לחוף מנברסקה לקליפורניה, מכיוון שבין לבין שוכנים הרי הרוקי, חציית הכבישים המהירים המטפסים לגובה של מעל 5,000 מטרים מעל פני הים - ובכמה נקודות, הכבישים המהירים מטפסים לגובה של 11,000 רגל מעל פני הים. במסגרת זו, חשוב על אנזים כמשהו שמסוגל להוריד מאוד את גובה פסגות ההרים ההן בקולורדו ולהפוך את כל המסע למפרך פחות.
כל אנזים ספציפי למגיב מסוים, הנקרא א מצע במצב זה. באופן זה אנזים דומה למפתח והמצע אליו הוא ספציפי הוא כמו המנעול שהמפתח תוכנן באופן ייחודי לפתיחה. ניתן לייצג את הקשר בין מצעים (S), אנזימים (E) ומוצרים (P) באופן סכמטי על ידי:
E + S ⇌ ES → E + P
החץ הדו כיווני בצד שמאל מצביע על כך שכאשר אנזים נקשר למצע ה"מוקצה "שלו, הוא יכול להיות בלתי מוגבל או שהתגובה יכולה להתקיים ולהביא למוצרים (ים) פלוס האנזים בצורתו המקורית (אנזימים משתנים באופן זמני רק בזמן תגובות מזרזות). החץ החד-כיווני מצד ימין, לעומת זאת, מעיד על כך שמוצרי התגובות הללו לא נקשרים לעולם לאנזים שעזר ליצור אותם ברגע שמתחם ה- ES נפרד לחלקיו המרכיבים.
קינטיקה של אנזים מתארת כמה מהר התגובות הללו ממשיכות להשלמתן (כלומר, כמה מהר נוצר המוצר (כפונקציה של ריכוז האנזים והמצע הנוכחים, הכתובים). ביוכימאים הציגו מגוון גרפים של נתונים אלה כדי להפוך אותו משמעות חזותית ככל האפשר.
Michaelet-Menten Kinetics
מרבית זוגות מצע האנזים מצייתים למשוואה פשוטה הנקראת נוסחת מיכאליס-מנטן. במערכת היחסים שלעיל מתרחשות שלוש תגובות שונות: שילוב של E ו- S למתחם ES, ניתוק ה- ES למרכיביו E ו- S, וההמרה של ES ל- E ו- P. לכל אחת משלוש התגובות הללו יש את קבוע שער עצמי, שהם k1, ק-1 ו- k2, בסדר הזה.
קצב המראה של המוצר פרופורציונאלי לקצב הקבוע לתגובה זו, k2ולריכוז מתחם האנזים-מצע הקיים בכל עת,. מבחינה מתמטית זה כתוב:
dP / dt = k2
הצד הימני של זה יכול לבוא לידי ביטוי במונחים של ו. הגזירה אינה חשובה למטרות הנוכחיות, אך הדבר מאפשר חישוב של משוואת הקצב:
dP / dt = (k20) / (KM+)
באופן דומה, קצב התגובה V ניתן על ידי:
V = Vמקסימום/ (KM+)
מייקליס קבוע KM מייצג את ריכוז המצע בו השיעור מתקדם בערכו המקסימאלי התיאורטי.
משוואת Lineweaver-Burk והעלילה המקבילה הם דרך אלטרנטיבית לבטא אותו מידע ונוח מכיוון שהגרף שלו הוא קו ישר ולא עקומה מעריכית או לוגריתמית. זה ההדדי של משוואת מיכאליס-מנטן:
1 / V = (KM+) / Vmax = (KM/ Vמקסימום) + (1 / Vמקסימום )
כריכה שיתופית
תגובות מסוימות, במיוחד לא מצייתות למשוואת מיכאליס-מנטן. הסיבה לכך היא שהכריכה שלהם מושפעת מגורמים שהמשוואה אינה מביאה בחשבון.
המוגלובין הוא החלבון בכדוריות הדם האדומות הנקשר לחמצן (O2) בריאות ומעבירה אותה לרקמות הדורשות זאת לצורך הנשימה. המאפיין הבולט של המוגלובין A (HbA) הוא שהוא משתתף בקשירה שיתופית עם O2. משמעות הדבר למעשה היא ש- O גבוה מאוד2 ריכוזים, כמו אלו הניתנים לריאות, ל- HbA יש זיקה גבוהה בהרבה לחמצן מאשר חלבון תעבורה רגיל המציית לקשר הרגיל-תרכובת חלבון-היפרבולי (מיוגלובין הוא דוגמא לחלבון כזה). ב O נמוך מאוד2 עם זאת, ל HbA יש זיקה נמוכה בהרבה ל- O2 מאשר חלבון תעבורה רגיל. משמעות הדבר היא ש- HbA מבלבל בשקיקה את O2 איפה שהוא בשפע ובועט לוותר עליו בשקיפות במקומות שהוא נדיר - בדיוק מה שצריך בחלבון המעביר חמצן. התוצאה היא עקומת הקשירה-לעומת-לחץ sigmoidal שנראתה עם HbA ו- O2, יתרון אבולוציוני שבלעדיו החיים יתקדמו ללא ספק בקצב פחות נלהב.
משוואת הגבעה
בשנת 1910, ארכיבלד היל בחן את הקינמטיקה של O2-כריכת המוגלובין. הוא הציע כי ל- Hb יש מספר ספציפי של אתרים מחייבים, n:
P + nL ⇌ PLn
כאן, P מייצג את הלחץ של O2 ו- L הוא קיצור לליגנד, שפירושו כל דבר שלוקח חלק בכריכה, אך במקרה זה הוא מתייחס ל- Hb. שימו לב שזה דומה לחלק ממשוואת התשתית-אנזים-מוצר שלמעלה.
קבוע הניתוק Kד שכן כתוב תגובה:
n /
ואילו החלק של אתרי הכריכה הכבושים ϴ, שנע בין 0 ל- 1.0, ניתן על ידי:
ϴ = n/ (Kד +n)
צירוף כל זה נותן אחת מצורות רבות של משוואת הגבעה:
log (ϴ /) = n log pO2 - יומן P50
שם פ50 הוא הלחץ שבו מחצית ה- O2 אתרים מחייבים ב- Hb תפוסים.
מקדם הגבעה
צורת משוואת הגבעה המסופקת לעיל היא מהצורה הכללית y = mx + b, הידועה גם כנוסחת יירוט השיפוע. במשוואה זו m הוא שיפוע הקו ו- b הוא הערך של y בו הגרף, קו ישר, חוצה את ציר ה- Y. לפיכך, שיפוע משוואת הגבעה הוא פשוט n. זה נקרא מקדם היל או nח. עבור מיוגלובין, ערכו הוא 1 מכיוון שמיוגלובין אינו מחייב שיתופי פעולה ל- O2. עם זאת, עבור HbA זה 2.8. ככל שה- n גבוה יותרח, כך הקינטיקה הסיגמואידית יותר של התגובה הנחקרת.
קל יותר לקבוע את מקדם הגבעה מהבדיקה מאשר על ידי ביצוע החישובים הנדרשים, ובדרך כלל מספיק קירוב.