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米氏测定:识别抑制类型

在八个底物浓度下进行虚拟速率测定,然后根据 Km 与 Vmax 的变化判定未知抑制剂类型——酶动力学的核心技能。

目标

在曲线 v=Vmax[S]/(Kmapp+[S])v = V_\mathrm{max}[S]/(K_m^{\mathrm{app}} + [S]) 上区分竞争性、非竞争性和反竞争性抑制,并预测各自对 Lineweaver–Burk 图的影响。

仪器与试剂

虚拟测定:底物储备液(0–8 mM)、同一批酶(Vmax=10V_\mathrm{max} = 10、Km=1K_m = 1 mM)、固定 [I][I] 的抑制剂;模拟重放理想化曲线。

步骤

  1. 选择“无”并悬停在 [S]=1[S] = 1 mM:验证 v=Vmax/2=5v = V_\mathrm{max}/2 = 5,读出 KmK_m。
  2. 切换到竞争性抑制:平台不变但半饱和点右移——测出新的表观 KmK_m。
  3. 选择非竞争性抑制:平台降到一半,而 KmK_m 仍为 1 mM。
  4. 试反竞争性抑制:KmappK_m^{\mathrm{app}} 与 VmaxappV_\mathrm{max}^{\mathrm{app}} 都减半——这是抑制需要 ES 复合物的罕见特征。
  5. 手工画出各情形的 1/v 对 1/[S] 图:平行线提示反竞争性,共用 y 轴截距提示竞争性。

观察要点

  • 竞争性:KmappK_m^{\mathrm{app}} 升高而 VmaxV_\mathrm{max} 不变——抑制剂只与游离酶竞争。
  • 非竞争性:VmaxappV_\mathrm{max}^{\mathrm{app}} 下降但 KmK_m 不变——抑制剂对 E 和 ES 结合相同,等于减少活性酶。
  • 反竞争性:曲线近原点处既更低又更陡——与 ES 结合夺走复合物,并把平衡拉向生成更多 ES。

讲解

三种经典机制的区别在于抑制剂结合的位置:结合 E(竞争性,增加底物可将其挤掉,Kmapp=Km(1+[I]/Ki)K_m^{\mathrm{app}} = K_m(1+[I]/K_i))、同等结合 E 与 ES(非竞争性,Vmaxapp=Vmax/(1+[I]/Ki)V_\mathrm{max}^{\mathrm{app}} = V_\mathrm{max}/(1+[I]/K_i))、或只结合 ES(反竞争性,两个常数都除以 1+[I]/Ki1+[I]/K_i)。在双倒数图上分别表现为 y 轴交点相同、平行线、x 轴截距相同——这正是 Lineweaver–Burk 图在非线性拟合时代仍用于教授机制的原因。

实验史话

Leonor Michaelis 与 Maud Menten 在研究转化酶后于 1913 年发表了该方程;Menten 是加拿大最早的女医学博士之一,方程以两人姓氏命名以示纪念。

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虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型,不能替代真实实验和安全培训;没有指导请勿在家自行重复。