Contenu
- Cinétique enzymatique
- Michaelis-Menten Cinétique
- Reliure coopérative
- L'équation de la colline
- Le coefficient de colline
"Coefficient de colline" sonne comme un terme qui se rapporte à la pente d'une pente. En fait, c'est un terme en biochimie qui se rapporte au comportement de la liaison de molécules, généralement dans des systèmes vivants. C’est un nombre sans unité (c’est-à-dire qu’il n’a pas d’unités de mesure telles que le mètre par seconde ou le degré par gramme) qui est en corrélation avec le coopérativité de la liaison entre les molécules examinées. Sa valeur est déterminée de manière empirique, ce qui signifie qu’elle est estimée ou dérivée d’un graphique de données connexes au lieu d’être utilisée elle-même pour aider à générer ces données.
En d'autres termes, le coefficient de Hill est une mesure de la mesure dans laquelle le comportement de liaison entre deux molécules s'écarte de la hyperbolique relation attendue dans de telles situations, dans lesquelles la vitesse de liaison et la réaction ultérieure entre une paire de molécules (souvent une enzyme et son substrat) augmentent très rapidement avec l’augmentation de la concentration en substrat avant que la courbe vitesse-concentration s’aplatisse et se rapproche maximum théorique sans vraiment y arriver. Le graphique d'une telle relation ressemble plutôt au quadrant supérieur gauche d'un cercle. Les graphiques des courbes vitesse-concentration-pour les réactions avec des coefficients de Hill élevés sont plutôt sigmoïdal, ou en forme de s.
Il y a beaucoup à dire ici sur la base du coefficient de Hill et les termes associés et sur la manière de déterminer sa valeur dans une situation donnée.
Cinétique enzymatique
Les enzymes sont des protéines qui augmentent énormément le taux de réactions biochimiques particulières, leur permettant de passer de milliers de fois plus rapidement à des milliers de milliards de fois plus rapidement. Pour ce faire, ces protéines réduisent l’énergie d’activation Eune de réactions exothermiques. Une réaction exothermique est une réaction dans laquelle de la chaleur est libérée et qui tend donc à se dérouler sans aide extérieure. Bien que les produits aient une énergie inférieure à celle des réactifs dans ces réactions, toutefois, le chemin énergétique pour y parvenir n’est généralement pas une pente descendante constante. Au lieu de cela, il y a une "bosse d'énergie" à surmonter, représentée par Eune.
Imaginez-vous conduire de l’intérieur des États-Unis, à environ 1 000 pieds au-dessus du niveau de la mer, à Los Angeles, située dans l’océan Pacifique et clairement au-dessus du niveau de la mer. Vous ne pouvez pas simplement passer la côte du Nebraska à la Californie, car entre les montagnes Rocheuses se dressent des routes qui s’élèvent bien au-dessus de 5 000 pieds au-dessus du niveau de la mer. À certains endroits, les routes s’élèvent à 11 000 pieds au-dessus du niveau de la mer. Dans ce contexte, imaginez une enzyme capable de réduire considérablement la hauteur des sommets montagneux du Colorado et de rendre le voyage moins pénible.
Chaque enzyme est spécifique à un réactif particulier, appelé substrat dans cette con. De cette manière, une enzyme est comme une clé et le substrat pour lequel elle est spécifique est comme le verrou que la clé est uniquement conçue pour s'ouvrir. La relation entre les substrats (S), les enzymes (E) et les produits (P) peut être représentée schématiquement par:
E + S ⇌ ES → E + P
La flèche bidirectionnelle à gauche indique que, lorsqu'une enzyme se lie à son substrat "attribué", elle peut ne plus être liée ou la réaction peut se poursuivre et produire le (s) produit (s) plus l'enzyme sous sa forme originale (les enzymes ne sont que temporairement modifiées réactions de catalyse). La flèche unidirectionnelle sur la droite, quant à elle, indique que les produits de ces réactions ne se lient jamais à l'enzyme qui a contribué à leur création une fois que le complexe ES s'est séparé en ses composants.
La cinétique enzymatique décrit la rapidité avec laquelle ces réactions se terminent (c'est-à-dire la rapidité avec laquelle le produit est généré) en fonction de la concentration de l'enzyme et du substrat présents, écrits et. Les biochimistes ont élaboré divers graphiques pour les rendre aussi visuellement significatif que possible.
Michaelis-Menten Cinétique
La plupart des paires enzyme-substrat obéissent à une simple équation appelée formule de Michaelis-Menten. Dans la relation ci-dessus, trois réactions différentes se produisent: la combinaison de E et S en un complexe ES, la dissociation de ES en ses constituants E et S et la conversion de ES en E et P. Chacune de ces trois réactions a ses constante de taux propre, qui sont k1, k-1 et k2, dans cet ordre.
La vitesse d’apparition du produit est proportionnelle à la constante de vitesse pour cette réaction, k2et à la concentration de complexe enzyme-substrat présente à tout moment,. Mathématiquement, cela s'écrit:
dP / dt = k2
Le côté droit de ceci peut être exprimé en termes de et. La dérivation n’est pas importante aux fins du présent, mais elle permet de calculer l’équation de taux:
dP / dt = (k20) / (Km+)
De même, la vitesse de la réaction V est donnée par:
V = Vmax/ (Km+)
La constante de Michaelis Km représente la concentration de substrat à laquelle le taux passe à sa valeur maximale théorique.
L'équation de Lineweaver-Burk et le graphique correspondant constituent un moyen alternatif d'exprimer la même information et sont pratiques car son graphique est une ligne droite plutôt qu'une courbe exponentielle ou logarithmique. C'est l'inverse de l'équation de Michaelis-Menten:
1 / V = (Km+) / Vmax = (Km/ Vmax) + (1 / Vmax )
Reliure coopérative
Certaines réactions notamment n'obéissent pas à l'équation de Michaelis-Menten. En effet, leur liaison est influencée par des facteurs que l’équation ne prend pas en compte.
L'hémoglobine est la protéine des globules rouges qui se lie à l'oxygène (O2) dans les poumons et le transporte vers les tissus qui en ont besoin pour la respiration. Une propriété remarquable de l’hémoglobine A (HbA) est qu’elle participe à la liaison coopérative avec O2. Cela signifie essentiellement qu’à très haute température O2 HbA a une affinité beaucoup plus grande pour l'oxygène qu'une protéine de transport standard obéissant à la relation hyperbolique protéine-composé habituelle (la myoglobine est un exemple d'une telle protéine). Très bas O2 Cependant, l'HbA a une affinité beaucoup plus faible pour l'O2 qu'une protéine de transport standard. Cela signifie que HbA engloutit avidement O2 là où elle est abondante et qu’elle abandonne tout aussi ardemment là où elle est rare - exactement ce dont une protéine transportant l’oxygène a besoin. Il en résulte une courbe de liaison sigmoïde vs pression relevée avec HbA et O2, avantage évolutif sans lequel la vie évoluerait certainement à un rythme nettement moins enthousiaste.
L'équation de la colline
En 1910, Archibald Hill a exploré la cinématique de O2liaison -hémoglobine. Il a proposé que l'Hb ait un nombre spécifique de sites de liaison, n:
P + nL ⇌ PLn
Ici, P représente la pression de O2 et L est l'abréviation de ligand, ce qui signifie tout ce qui participe à la liaison, mais dans ce cas, il s'agit de Hb. Notez que ceci est similaire à une partie de l'équation substrat-enzyme-produit ci-dessus.
La constante de dissociation Kré pour une réaction est écrit:
n /
Alors que la fraction des sites de liaison occupés ϴ, comprise entre 0 et 1,0, est donnée par:
ϴ = n/ (Kré +n)
En réunissant tout cela, on obtient l'une des nombreuses formes de l'équation de Hill:
log (ϴ /) = n log pO2 - log P50
Où P50 est la pression à laquelle la moitié de l'O2 les sites de liaison sur l'Hb sont occupés.
Le coefficient de colline
La forme de l'équation de Hill fournie ci-dessus est de la forme générale y = mx + b, également appelée formule d'interception de pente. Dans cette équation, m est la pente de la ligne et b est la valeur de y à laquelle le graphique, une ligne droite, croise l'axe des y. Ainsi, la pente de l'équation de Hill est simplement n. Ceci est appelé le coefficient de Hill ou nH. Pour la myoglobine, sa valeur est 1 car elle ne se lie pas de manière coopérative à O2. Pour HbA, cependant, il est de 2,8. Plus le nH, plus la cinétique de la réaction étudiée est sigmoïdale.
Il est plus facile de déterminer le coefficient de Hill par inspection que par les calculs requis et une approximation est généralement suffisante.