Km является важной, но неправильно понимаемой частью кинетики ферментов. На MCAT вы можете просто знать некоторые основы, но если вы действительно хотите добиться успеха, вам нужно хорошо понимать, откуда это берется и что это значит. В курсе биохимии это обязательно. Вы должны понимать эти детали. К счастью, они не так сложны, как кажутся.

График с сайта KhanAcademy.org

Ферменты часто суммируются с помощью графика, подобного этому. Нижняя часть представляет собой концентрацию субстрата, левая сторона представляет собой начальную скорость (мы доберемся до этого), а Vmax представляет максимальную скорость. Этот км? Это концентрация субстрата, при которой скорость составляет ½ от Vmax.

Упростите с помощью аналогии

Подумайте об этом так: субстрат — это топливо, фермент — это двигатель. Если вы едете с обычной скоростью, вы не тратите много топлива на двигатель. По мере того, как вы нажимаете на педаль газа и нажимаете все больше и больше, ваша машина разгоняется до максимальной скорости. Чем больше газа вы заправляете, тем быстрее может двигаться автомобиль, вплоть до того момента, когда он достигает своего максимума.

Км - это как показатель эффективности использования топлива. Чем меньше топлива вам нужно для достижения «нормальной скорости», тем эффективнее ваш автомобиль. Примерно так работают ферменты. Чем меньше субстрата им нужно для достижения половины их максимальной скорости, тем они более эффективны. Так что, если Km низкий, у вас действительно эффективный фермент. Если Km высокое, фермент менее эффективен. Чтобы разогнаться до такой скорости, требуется гораздо больше топлива.

Подробности

Это в значительной степени то, что все знают о Km, и этого достаточно, чтобы сделать все хорошо, но недостаточно, чтобы сделать это очень хорошо. Для этого нам нужно знать, откуда берется Km. Все это основано на этом уравнении:

E + S ⇄ ES → E + P Это общее уравнение для любой ферментативной реакции. Фермент присоединяется к субстрату, образует комплекс, затем диссоциирует и образует продукт. Km является производным от констант скорости.

Скорость реакции — это простое уравнение, в котором для реакции A + B → AB скорость = k[A][B], то есть она зависит от концентрации реагентов. Km зависит от того, насколько быстро фермент образует комплекс ES по сравнению с тем, как быстро он покидает его.

В приведенной выше реакции есть два пути выхода из комплекса ES. Просто следуйте за стрелками, чтобы найти их. Если мы начнем с ES в середине, мы можем либо вернуться назад, чтобы сформировать E + S, либо вперед, чтобы сформировать E + P.

Есть два способа оставить это, но только один способ сформировать это. Таким образом, слева направо фермент и субстрат связываются вместе, образуя продукт. км ориентируется на разницу между этими скоростями.

Теперь немного математики:

Из нашего уравнения выше, если мы получаем K из константы скорости K1 для первой прямой стрелки (от E + S → ES), K-1 для первой обратной стрелки (от ES → E + S) и K2 для вторая стрелка вперед (от ES → E+P), вот такие рейты мы получаем

Скорость образования ЭС = k1[E][S]

Скорость распада ES = (k-1 + k2) [ES] - они равны друг другу (это предположение всей этой математики)

Следовательно:

k1[E][S] = (k-1 + k2) [ES]

И если мы проделаем некоторую алгебру, чтобы переставить термины:

[E][S]/[ES] = (k-1 + k2)/k1

Дробь [E][S]/[ES] получила название Km или константа Михаэлиса.

Итак, давайте по логике. Если соотношение между несвязанным ферментом/субстратом и связанным ферментом/субстратом действительно низкое, это означает, что в любое время, когда есть доступный субстрат, фермент мгновенно связывается с ним. Итак, у вас есть очень эффективный фермент. Низкий Km = эффективный фермент.

И это то, что вам нужно знать о км. Скоро появится больше информации об общей кинетике ферментов.