Sisältö
"Hill-kerroin" kuulostaa termillä, joka liittyy asteikon jyrkkyyteen. Itse asiassa se on biokemian termi, joka liittyy molekyylien sitomiskäyttäytymiseen, yleensä elävissä järjestelmissä. Se on yksiköitön luku (ts. Siinä ei ole mittayksiköitä, kuten metrejä sekunnissa tai astetta grammaa kohti), joka korreloi yhteistoiminnalla tutkittavien molekyylien välisestä sitoutumisesta. Sen arvo määritetään empiirisesti, mikä tarkoittaa, että se arvioidaan tai johdetaan asiaan liittyvien tietojen kaaviosta sen sijaan, että sitä käytettäisiin itse tällaisten tietojen tuottamiseen.
Toisin sanoen, Hill-kerroin on mitta siitä, missä määrin sidoskäyttäytyminen poikkeaa kahden molekyylin välillä hyperbolinen suhde odotetaan sellaisissa tilanteissa, joissa sitoutumisnopeus ja sitä seuraava reaktio molekyyliparien (usein entsyymin ja sen substraatin) välillä nousee aluksi erittäin nopeasti substraatin pitoisuuden kasvaessa, ennen kuin nopeus vs. konsentraatiokäyrä tasoittuu ja lähestyy teoreettinen maksimiarvo ilman aivan päästä sinne. Tällaisen suhteen kuvaaja muistuttaa pikemminkin ympyrän vasenta yläosaa. Sen sijaan käyvät nopeuden vs. konsentraatiokäyrien reaktiot, joilla on korkeat Hill-kertoimet sigmoidal, tai s-muotoinen.
Tässä on paljon pakkaamata Hill-kertoimen perusteiden ja niihin liittyvien ehtojen suhteen ja miten sen arvo määritetään tietyssä tilanteessa.
Entsyymikinetiikka
Entsyymit ovat proteiineja, jotka lisäävät tietyissä biokemiallisissa reaktioissa valtavia määriä, jolloin ne etenevät mihin tahansa tuhansia kertoja nopeammin tuhansiin biljooniin kertaa nopeammin. Nämä proteiinit tekevät tämän alentamalla aktivaatioenergiaa E eksotermisistä reaktioista. Eksoterminen reaktio on sellainen, jossa lämpöenergiaa vapautuu ja siksi taipumus edetä ilman ulkopuolista apua. Vaikka tuotteilla on alhaisempi energia kuin reagoivilla aineilla näissä reaktioissa, energinen kulku sinne pääsemiseksi ei kuitenkaan ole tyypillisesti tasaista alaspäin suuntautuvaa kaltevuutta. Sen sijaan on olemassa "energian kohouma" päästäkseen yli, jota edustaa E.
Kuvittele itsesi ajavan Yhdysvaltojen sisätiloista, noin 1000 jalkaa merenpinnan yläpuolella, Los Angelesiin, joka on Tyynellämerellä ja selvästi merenpinnalla. Et voi yksinkertaisesti rannikolla Nebraskasta Kaliforniaan, koska niiden välissä sijaitsevat Kalliovuoret, joiden ylittävät moottoritiet ylittävät reilusti yli 5000 jalkaa merenpinnan yläpuolelle - ja joissain paikoissa valtatiet nousevat jopa 11 000 jalkaa merenpinnan yläpuolelle. Ajattele tässä yhteydessä entsyymiä jotain, joka pystyy alentamaan huomattavasti näiden Coloradon vuorenhuipien korkeutta ja tekemään koko matkan vähemmän vaivalloiseksi.
Jokainen entsyymi on spesifinen tietylle reagenssille, nimeltään a substraatti tässä con. Tällä tavalla entsyymi on kuin avain ja substraatti, jolle se on spesifinen, on kuin lukko, jonka avain on ainutlaatuisesti suunniteltu avaamaan. Substraattien (S), entsyymien (E) ja tuotteiden (P) välinen suhde voidaan esittää kaavamaisesti:
E + S ⇌ ES → E + P
Kaksisuuntainen nuoli vasemmalla osoittaa, että kun entsyymi sitoutuu "määritettyyn" substraattiinsa, siitä voi joko tulla sitoutumaton tai reaktio voi tapahtua ja seurauksena on tuote (tuotteet) plus entsyymi alkuperäisessä muodossaan (entsyymit muutetaan vain väliaikaisesti, kun taas katalysoivat reaktiot). Toisaalta oikealla puolella oleva yksisuuntainen nuoli osoittaa, että näiden reaktioiden tuotteet eivät koskaan sitoutu entsyymiin, joka auttoi niitä luomaan, kun ES-kompleksi on jakautunut komponenttiosiinsa.
Entsyymikinetiikka kuvaa, kuinka nopeasti nämä reaktiot etenevät loppuun (ts. Kuinka nopeasti tuote syntyy) (läsnä olevan entsyymin ja substraatin konsentraation funktiona, kirjoitettuna ja. Biokeemikot ovat keksineet erilaisia graafisia tietoja tästä tiedosta tehdäkseen siitä mahdollisimman visuaalisesti merkityksellinen.
Michaelis-Menten Kinetics
Useimmat entsyymi-substraattiparit noudattavat yksinkertaista yhtälöä, nimeltään Michaelis-Menten-kaava. Yllä olevassa suhteessa tapahtuu kolme erilaista reaktiota: E: n ja S: n yhdistäminen ES-komplekseksi, ES: n dissosioituminen aineosiinsa E ja S ja ES: n muuntaminen E: ksi ja P: ksi. Jokaisella näistä kolmesta reaktiosta on omat oma korkovakio, jotka ovat k1, k-1 ja k2, tässä järjestyksessä.
Tuotteen ulkonäönopeus on verrannollinen reaktion nopeusvakioon, k2, ja milloin tahansa läsnä olevan entsyymi-substraattikompleksin pitoisuuteen. Matemaattisesti tämä kirjoitetaan:
dP / dt = k2
Tämän oikea puoli voidaan ilmaista sanoilla ja. Johdannaisella ei ole merkitystä nykyisessä tarkoituksessa, mutta tämä mahdollistaa nopeusyhtälön laskemisen:
dP / dt = (k20) / (Km+)
Samoin reaktion nopeus V annetaan:
V = Vmax/ (Km+)
Michaelis-vakio Km edustaa substraattipitoisuutta, jolla nopeus etenee sen teoreettisessa maksimiarvossa.
Lineweaver-Burk-yhtälö ja vastaava kuvaaja on vaihtoehtoinen tapa ilmaista sama tieto ja on kätevä, koska sen kuvaaja on suora viiva eikä eksponentiaalinen tai logaritminen käyrä. Se on Michaelis-Menten-yhtälön vastavuoroinen:
1 / V = (Km+) / Vmax = (Km/ Vmax) + (1 / Vmax )
Sitova osuuskunta
Jotkut reaktiot eivät etenkään noudata Michaelis-Menten-yhtälöä. Tämä johtuu siitä, että niiden sitoutumiseen vaikuttavat tekijät, joita yhtälö ei ota huomioon.
Hemoglobiini on punasolujen proteiini, joka sitoutuu happea (O2) keuhkoihin ja kuljettaa sen kudoksiin, jotka sitä tarvitsevat hengitystä varten. Hemoglobiini A: n (HbA) erinomainen ominaisuus on, että se osallistuu yhteistyöhön sitoutumiseen O: n kanssa2. Tämä tarkoittaa pääasiassa, että erittäin korkealla O: lla2 pitoisuuksilla, kuten sellaisilla, joita esiintyy keuhkoissa, HbA: lla on paljon korkeampi affiniteetti happea kohtaan kuin tavanomaisella kuljetusproteiinilla, joka noudattaa tavanomaista hyperbolista proteiini-yhdiste-suhdetta (myoglobiini on esimerkki tällaisesta proteiinista). Hyvin alhaisella O: lla2 pitoisuuksilla, HbA: lla on kuitenkin paljon alhaisempi affiniteetti O: lle2 kuin tavallinen kuljetusproteiini. Tämä tarkoittaa, että HbA innokkaasti innostaa O: ta2 missä sitä on runsaasti ja aivan yhtä innokkaasti luottaa siihen, missä sitä on niukasti - juuri mitä tarvitaan happea kuljettavassa proteiinissa. Tämä johtaa sigmoidiseen sitoutumis-paine-käyrään nähtynä HbA: lla ja O: lla2, evoluutiohyöty, jota ilman elämä etenee varmasti vähemmän innostuneessa tahdissa.
Hillin yhtälö
Vuonna 1910 Archibald Hill tutki O: n kinematiikkaa2-hemoglobiinin sitoutuminen. Hän ehdotti, että Hb: llä on tietty määrä sitoutumiskohtia, n:
P + nL ⇌ PLn
Tässä P edustaa O: n painetta2 ja L on lyhenne ligandista, mikä tarkoittaa mitä tahansa, mikä osallistuu sitoutumiseen, mutta tässä tapauksessa se viittaa Hb: hen. Huomaa, että tämä on samanlainen kuin osa yllä olevasta substraatti-entsyymi-tuote-yhtälöstä.
Disosiaatiovakio Kd reaktiolle kirjoitetaan:
n /
Miehitettyjen sitoutumiskohtien fraction-osuus, joka vaihtelee välillä 0 - 1,0, saadaan:
ϴ = n/ (Kd +n)
Tämän kaiken yhdistäminen antaa yhden monista Hill-yhtälön muodoista:
loki (ϴ /) = n log pO2 - loki P50
Missä P50 on paine, jossa puolet O: sta2 sitoutumiskohdat Hb: llä ovat miehitetyt.
Hill-kerroin
Edellä esitetyllä Hill-yhtälön muodolla on yleinen muoto y = mx + b, joka tunnetaan myös nimellä rinne-leikkauskaava. Tässä yhtälössä m on viivan kaltevuus ja b on y-arvo, jolla kuvaaja, suora viiva, ylittää y-akselin. Siten Hillin yhtälön kaltevuus on yksinkertaisesti n. Tätä kutsutaan Hill-kertoimeksi tai nH. Myoglobiinilla sen arvo on 1, koska myoglobiini ei sitoudu yhteistyössä O: n kanssa2. HbA: lla se on kuitenkin 2,8. Mitä suurempi on nH, sitä sigmoidisempi tutkittavan reaktion kinetiikka.
Hill-kerroin on helpompi määrittää tarkastuksista kuin tekemällä tarvittavat laskelmat, ja likimääräinen arvio yleensä riittää.