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米氏常數(Km)的含義是酶促反應達最大速度(Vm)一半時的底物(S)的濃度。它是酶的一個特徵性物理量,其大小與酶的性質有關。它被廣泛應用到生物化學分子生物學基因工程生物製藥臨床用藥等領域的理論、實驗和實踐中。

中文名:米氏常數

應   用:酶促反應

數 值:達到其最大速度一半時底物濃度

單 位:mol/l

地 位:重要的動力學參數

記   法:Km

一、概述

在20世紀初期,就已經發現了酶被其底物所飽和的現象,而這種現象在非酶促反應中,則是不存在的,後來發現底物濃度的改變,對酶反應速度的影響較為複雜,1913年前後MichaelisMenten作了大量的定量研究,積累了足夠的實驗證據,從酶被底物飽和的現象出發,按照中間產物設想,提出了酶促反應動力學的基本原理,並歸納為一個數學表達式,稱之為米氏方程式:

[E]+[S]↔[ES]↔P+[E]

v=Vm[s]/(Km+[s])=Vm/(1+Km/[s])

式中,[E]為游離酶濃度;[S]為底物濃度;[ES]為酶與底物結合的中間絡合物濃度;v為酶促反應速度;Vm為酶促反應最大速度;Km為米氏常數,是酶促反應達最大速度(Vm)一半時的底物(S)的濃度

二、Km的含義

Km的含義是酶促反應達最大速度(Vm)一半時的底物(S)的濃度。,即當V=Vm/2時,【S】=Km,單位為mol/l。Km是酶極為重要的動力學參數,其物理含義是指ES複合物的消失速度常數(k-1+k2)與形成速度常數(k1)之比。

三、Km的求法

[[[Km]]即是當反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度。從v—[s]矩形雙曲線上可得V,再從V/2處可求得Km值,但實際上,即使用很大的底物濃度,也只能得到趨近於V的反應速度,而達不到真正的V,因此測不到準確的Km值,為了得到準確的Km值,可以把米氏方程式加以改變,使之成為斜截式:y=kx+b的直線方程,然後用圖解法求出Km值 。

1.LineweaverBurk方程(雙倒數作圖法)

1/V=Km+[S]/Vmax[S]改寫成1/V=Km/Vmax[S]+1/Vmax

實驗時選擇不同的[S]測定相應的v,求出兩者的倒數,以1/v對1/[S]繪出工作曲線如下圖,然後利用斜率,換算出Km。

實際上,由於操作條件和操作技能所限,以及操作時準確度達不倒要求,引入誤差太大等原因,常常得不到這樣的一條理想的直線,那麼它的斜率就不是一個定值,因而Km的值就不能直接由這種作圖法求出,或求出的Km值不準確。如果令1/v=0,則1/[S]的截距為-1/Km,然後根據具體的數值,換算出Km。但這需要在實驗操作的同時要進行相關的推導和計算,並且是在明確1/[S]的截距與Km關係的前提之下 [1]

2.Hanes作圖法

[S]/V=1/Vmax[S]+Km/Vmax

上式也是直線方程式,稱為Hanes方程式。用[S]/V對[S]作圖,所得直線的斜率為1/Vmax,[S]/V軸上的截距為Km/Vmax,而[S]軸上的截距為-Km。Hanes法的優點為數據點在坐標圖中的分布較平坦,但因[S]/V包含兩個變數,這就增大了誤差,且統計處理也複雜得多。

四、Km的意義與應用

米氏常數在酶學和代謝研究中均為重要特徵數據 [2]

(1)同一種酶如果有幾種底物,就有幾個Km,其中尾值最小的底物一般稱為該酶的最適底物或天然底物。不同的底物有不同的Km值,這說明同一種酶對不同底物的親和力不同。一般用1/Km近似地表示酶對底物親和力的大小,1/Km愈大,表示酶對該底物的親和力愈大,酶促反應易於進行。

(2)已知某個酶的Km,可計算出在某一底物濃度時,某反應速度相當於Vmax的百分率。

(3)在測定酶活性時,如果要使得測得的初速度基本上接近Vmax值,而過量的底物又不至於抑制酶活性時,一般[S]值需為Km值的10倍以上。

(4)催化可逆反應的酶,對正逆兩向底物的Km往往是不同的。測定這些Km值的差別以及細胞內正逆兩向底物的濃度,可以大致推測該酶催化正逆兩向反應的效率,這對了解酶在細胞內的主要催化方向及生理功能有重要意義。

(5)當一系列不同的酶催化一個代謝過程的連鎖反應時,如能確定各種酶的Km及其相應底物的濃度,還有助於尋找代謝過程的限速步驟。

(6)了解酶的Km值及其底物在細胞內的濃度,可以推知該酶在細胞內是否受到底物濃度的調節。如酶的Km遠低於細胞內的底物濃度(低10倍以上),說明該酶經常處於底物飽和狀態,底物濃度的稍許變化不會引起反應速度有意義的改變。反之,如酶的Km大於底物濃度,則反應的速度對底物濃度的變化就十分敏感。

(7)測定不同抑制劑對某個酶Km及Vmax的影響,可以區別該[[[抑制劑]]是競爭性還是非競爭性抑制劑。

五、Km的影響因素

Km值隨測定的底物種類、反應的溫度、pH離子強度而改變。


視頻

米氏散射:無線電與太陽光

參考文獻

  1. [【1】 李彥華.對米氏常數求法的一點補充【J】遼寧工程技術大學學報,2006,25:335-336]
  2. [【2】 姚文兵.生物化學【M】北京:人民衛生出版社,2015第7版:151-153]