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引言

Kcat 是转数——即每个酶位点每单位时间将底物分子转化为产物的数量。在分析底物-反应速率曲线时,若已知酶位点的浓度,可使用 Kcat 代替 Vmax 进行拟合。

模型

Y = Et*kcat*X/(Km + X)

X 表示底物浓度。

Y 表示酶速率。

kcat 是转数,即每个酶位点每单位时间将底物转化为产物的次数。该值以 Y 轴时间单位的倒数表示。例如,如果 Y 的单位是每分钟的底物微摩尔数,那么 kcat 就是每个催化位点每分钟产生的底物分子数。

Km 是米氏常数,单位与 X 相同。它是达到酶速率半最大值所需的底物浓度。

Et 是酶催化位点的浓度。如果酶由多个亚基组成,请注意 Et 表示的是催化位点的浓度,该值可能大于酶分子的浓度。您输入的 Y 值应为以“浓度/时间”为单位的酶速率。 Et 必须以相同的浓度单位输入(而时间单位由 kcat 定义)。

Vmax 是最大酶速率,其单位与 Y 相同。它在上方的模型中未直接显示。这是将酶速率外推至极高底物浓度时的值,因此几乎总是高于实验中测得的任何速率。其计算方法是将 Et 与 kcat 相乘。

与米氏-门捷列夫模型的关系

上图所示曲线与米氏-门登模型定义的曲线完全一致。无论将哪个模型拟合到您的数据中,您都会得到完全相同的曲线,且Km值也完全相同。  

米氏-门登模型求得的是 Vmax,即外推至极高底物浓度时的最大酶速率。其单位与您输入 Y 值(酶活性)时所用的单位相同。 通常,将其表示为(或转换为)摩尔/分钟/毫克蛋白质非常简单。Vmax 由酶位点数量(Et)以及酶将底物转化为产物的速率(kcat)决定。  

如果您知道添加到实验中的酶位点浓度(Et),则可以使用上述模型拟合催化常数 Kcat。

计算 Kcat 时,浓度单位会相互抵消,因此 Kcat 以时间倒数为单位表示。它即转数——每个酶位点每单位时间将底物分子转化为产物的数量。

使用 Prism 拟合模型

1.创建一个XY数据表。将底物浓度输入X列,将酶速率输入Y列。如果有多个实验条件,将第一个条件放入A列,第二个放入B列,依此类推。您也可以选择Prism的示例数据:“酶动力学——米氏-门捷列夫模型”。

2.输入数据后,点击“分析”(Analyze),选择“非线性回归”(Nonlinear Regression),选择“酶动力学方程”面板,并选择 Kcat。

3.必须根据其他实验结果,将Et约束为一个常数值。要约束Et的值,请转到非线性回归对话框的“约束”选项卡,确保Et旁边的下拉菜单设置为“等于常数”,并输入该值。 对于示例数据,请将 Et 的值输入为 100。

如果您不知道 Et 的值,则无法拟合 kcat,而应拟合 Vmax。Prism 无法同时拟合 kcat 和 Et,因为这两个参数相互关联,且底物-速度曲线无法提供它们各自的具体数值。

4.根据示例数据,Prism 报告 Km= 5.886,其 95% 置信区间为 3.933 至 7.839。 kcat的最佳拟合值为13.53,其95%置信区间为11.97至15.09。

注

•请参阅所有酶动力学分析的假设列表。

•该方程拟合的曲线与拟合 Vmax 的方程完全相同,而非与周转数 Kcat 拟合的曲线。Kcat 与 Et(酶位点浓度)的乘积等于 Vmax。

•该方程与别构酶的方程相关。该别构模型增加了一个额外参数:Hill斜率 h。当 h 等于 1.0 时,这两个模型是完全相同的。