问题标题:
假定某具有正协同效应的别构酶的希尔系数n=2,试从稳态平衡出发推导其动力学方程,如果在科研中碰巧遇到一未知的别构酶,那么在用双倒数作图法求其Km值时会出现什么情况?另外,问到希尔
问题描述:
假定某具有正协同效应的别构酶的希尔系数n=2,试从稳态平衡出发推导其动力学方程,
如果在科研中碰巧遇到一未知的别构酶,那么在用双倒数作图法求其Km值时会出现什么情况?
另外,问到希尔系数的概念该如何回答呢?
李焱回答:
(1)既然假定其Hill系数为2,那么其方程为:V/Vmax=[S]^n/Km+[S]^n[1],实际上其推导并非通过稳态平衡,而是通过类比得到.因为Hill系数即是通过这个方程,变换形式后作图得到n值.而题目反过来问,有点本末倒置.其实如果问题改为“已知酶有两个相同的亚基,推导其动力学方程”才合理.但这个推导十分复杂,非研究生考试所能涵盖.(2)那么在实际科研中遇到一未知酶,如果盲目用双倒数作图法,可能会出现线性偏离,图形为一曲线.这样的结果只能判断正协同或是负协同,无法准确求出Km、Vmax.但最严重的问题是有时由于取点的不当,出现伪线性图形,籍此求出的Km、Vmax不准确.(3)首先应该通过[1]式的变换方程(不妨成为Hill变换):lg(V/Vmax-V)=nlg[S]–lgKm[2].lg(V/Vmax-V)对lg[S]作图,求出n值,并通过V=1/2Vmax时,Km=[S50%]^n,求出Km.(可以参考沈同教材的血红蛋白Hill作图部分)
这里的关键是求出Vmax,在血红蛋白中Vmax是在高压氧时,血红蛋白计的值,V是在一定氧分压下的氧化血红蛋白值,很容易测,而且人体动脉血的血氧饱和度即接近Vmax,Y就是血氧饱和度,非常容易确定.
但对于酶的Vmax在不能通过作图得到时,必须先行得到.这里介绍一种方法为试探法,假设在此时[S]已经很大(要试探Vmax,[S]肯定要很大,大于10Km).此时协同效应已不明显,即处于Hill作图的n=1的阶段,满足V/Vmax=[S]/Km+[S],此时加倍[S],则V对于Vmax的%数增加与[S]的增加倍数(为1)之比满足:
dV/Vmax=Km/(Km+[S])2*d[S]
=>(dV/Vmax)/(d[S]/0.5[S])=Km*[S]/2(Km+[S])2,又[S]》Km,故
=>T=(dV/Vmax)/(d[S]/0.5[S])=Km/2[S],因为[S]=99Km时再加倍[S],T=1/200,因此当加倍[S]而T增加小于0.5%时,认为此时已达Vmax,以此估量误差非常小.另外在[S]=9Km时,达到90%Vmax,此时n=1,故在此点后取适当点集,可以双倒数法作图,外推得Vmax.那么在求得Vmax后,可以作Hill图,求得n值.
当然用假设V/Vmax=[S]/Km+[S]成立,用Michaelis-Menten作图,求出10%Vmax、90%Vmax时的[S]值(粗略),再根据[S0.9]/[S0.1]=811/n,求出n值也可.
总之在对未知酶进行作图时,必须考察其协同性,如有协同效应用上述方法求得Vmax,用Hill作图求得n值、Km.如果为了更精确,建议以[S]n代替[S]进行双倒数作图.但这种必要性尚值得探讨.
顺便复习一下各种作图方式:
1.1/V=Km/Vmax*1/[S]+1/Vmax[3]以1/V对1/[S]作图,Lineweaver-BurkPlots
为最常用作图方法,但在[S]太大时点过于密集,而过小时往往不准确,而且不易出现线性偏离现象,容易遗漏协同效应.
2.V=Km*V/[S]+Vmax[4]以V对V/[S]作图,Eadie-HofsteePlots
3.[S]/V=[S]/Vmax+Km/Vmax[5]以[S]/V对[S]作图,Hanes-WoolfPlots
以上两种作图适用于判断是否有协同,比较敏感.但即使无协同,求出的Km、Vmax也不够准确.
4.Vmax=V/[S]*Km+V[6]以Vmax对Km作图,取各直线交点的统计均值.
Eisenthal-Cornish-BowdenPlot
此种方法一旦确认为无协同,所求出的Km、Vmax值最准确.
5.V/[S]=Vmax/Km–V/Km[7]或[ES]/[S]=[Eo]/Km–[ES]/Km[8],以[ES]/[S]对[ES](或V/[S]对V)作图.ScatchardPlot
此方法也可用来判断协同,求出n.以[8]为例,已知[Eo]、[So],将酶和底物放入透析袋中,平衡时,测定透析袋外的[S],即为游离的底物,又[ES]=[So]–[S],可以根据此判断有无协同,并求得n值.由图外推[ES]/[S]=0时,[ES]=[ESe](平衡时),n=[ESe]/[Eo].
酶动力学研究是一项非常有意思的事情.其中还有很多问题尚待解决,关于多亚基的酶动力学方程非常复杂.注意Hill系数n肯定小于亚基总数.
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