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什么是酶?

生命系统依赖于化学反应,而这些反应若无外力作用,其速率将极其缓慢。酶作为催化剂,能够降低反应所需的活化能,从而使这些反应以对细胞有益的速率进行。研究酶动力学有助于我们理解酶的功能及其调控机制。

酶反应曲线

在大多数情况下,酶将一种化学物质(底物)转化为另一种(产物)。产物浓度随时间变化的曲线呈现出如下图所示的三个阶段。

1.在非常早期的时间点(通常少于一秒),产物积累速率随时间增加。研究酶动力学的早期阶段需要 Prism 中未提供的特殊技术。上图夸大了这一第一阶段。

2.在较长的一段时间内,产物浓度随时间呈线性增长。Prism中内置的所有分析均基于此第二阶段收集的数据。

3.在后期,底物耗尽,曲线开始趋于平缓。最终,产物浓度达到一个平台期。

对这类数据进行曲线拟合非常困难。该模型根本无法简化为一个将产物浓度表示为时间函数的方程。要拟合此类数据(称为酶反应曲线),您需要使用能够将数据拟合到由微分方程或隐式方程定义的模型的程序。 更多详情请参阅 RG Duggleby,《通过非线性回归分析酶反应进程曲线》,《酶学方法》,249: 61-60, 1995。

与拟合酶反应曲线不同,大多数酶动力学分析(包括 Prism 软件中的所有内置分析)仅在单一时间点测量产物浓度。 这些分析假设您选择的时间点位于产物积累的线性(第二)阶段,并忽略非线性的第一阶段(该阶段通常非常短)。因此,如果您将产生的产物量除以反应进行的时间,即可计算出单位时间内形成的产物量,即酶速率。

术语

相关术语可能令人困惑。请注意以下易混淆之处:

如上所述,几乎所有关于酶“动力学”的研究都是通过在单一时间点收集数据来完成的。X 轴表示底物(或抑制剂)浓度,而非时间。

上图所示的第二阶段常被称为“初始速率”,这一说法仅在忽略其前面的短暂过渡阶段时才成立。

该第二阶段也被称为“稳态”,因为在此阶段酶-底物复合物的浓度保持恒定。然而,产物浓度会持续累积,因此直到很久以后,当产物浓度随时间确实不再变化时,系统才真正处于稳态。