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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Michaelis和Menten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
視頻
米氏散射:無線電與太陽光