Đại học · 20 phút

Xúc tác enzyme: đường cong Michaelis–Menten

Vẽ tốc độ đầu v của phản ứng enzyme theo nồng độ cơ chất và xem vì sao đường cong bão hoà ở Vmax.

Mục tiêu

Đọc $K_m$ và $V_\mathrm{max}$ từ đường cong $v = V_\mathrm{max}[S]/(K_m + [S])$ và gắn chúng với ái lực enzyme–cơ chất và lượng enzyme.

Dụng cụ và hoá chất

Bàn thí nghiệm ảo: dung dịch cơ chất gốc, enzyme kiểu catalase, đồng hồ bấm giờ và số đọc $v$ ; mô phỏng cho toàn bộ đường cong.

Cách làm

Bắt đầu với preset chuẩn (Km = 1,0; Vmax = 1). Rê chuột tại [S] = Km và kiểm tra rằng v = Vmax/2.
Chuyển sang Km = 4,0 (ái lực thấp): giờ cần bao nhiêu cơ chất để đạt một nửa Vmax?
So sánh Km = 1,0; Vmax = 0,5 với preset chuẩn: cái gì giữ nguyên, cái gì giảm? Gắn với việc giảm một nửa lượng enzyme.
Với mỗi preset, ước lượng hiệu suất biểu kiến khi [S] → 0: nó tiến tới Vmax/Km.

Điều cần quan sát

Ở [S] thấp, đường cong gần như tuyến tính với độ dốc Vmax/Km; ở [S] cao nó bẹt lại vì mọi tâm hoạt động của enzyme đã bị chiếm.
Tăng Km từ 1,0 lên 4,0 đẩy điểm bán bão hoà sang phải gấp bốn lần mà không đổi đoạn bão hoà.
Giảm một nửa Vmax hạ thấp đoạn bão hoà nhưng giữ nguyên Km — mức cơ chất bán bão hoà.

Giải thích

Enzyme E liên kết thuận nghịch với cơ chất S tạo ES rồi giải phóng sản phẩm: $\ce{E + S <=> ES -> E + P}$ . Khi phần lớn tâm hoạt động còn trống, tăng gấp đôi [S] gần như tăng gấp đôi v. Khi [S] ≫ Km, mọi tâm đã bận và tốc độ chạm nền ở $V_\mathrm{max} = k_\mathrm{cat}[E]_\mathrm{total}$ : chỉ thêm enzyme mới nâng được. $K_m$ là mức cơ chất cho một nửa tốc độ đó, nên Km nhỏ nghĩa là gắn hiệu quả ngay cả khi [S] thấp.

Lịch sử thí nghiệm

Năm 1913, Leonor Michaelis và Maud Menten suy ra định luật tốc độ khi đo enzyme invertase trong phòng thí nghiệm ở Berlin, kế thừa công thức trước đó của Victor Henri. Phương trình hypecbon trở thành xương sống của enzymology, được Briggs và Haldane tinh chỉnh bằng mô hình trạng thái dừng năm 1925.

Nhà hoá học liên quan

Emil Fischer Wilhelm Ostwald Frances Arnold

Chủ đề liên quan

Enzyme và động học enzyme Cơ chế phản ứng phức tạp, xúc tác

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.