Labster Logo

Km

Die Michaelis-Konstante, Km, ist ein Parameter in der Michaelis-Menten-Gleichung. Km ist gleich der Substratkonzentration, bei der die entsprechende Reaktionsgeschwindigkeit ½ - Vmax ist. Ein Enzym mit einem niedrigen Km erreicht daher seine halb-maximale Geschwindigkeit bei einer niedrigen Substratkonzentration, während ein Enzym mit einem hohen Km hohe Substratkonzentrationen benötigt, um diese Geschwindigkeit zu erreichen. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass Km eines Enzyms in der Regel in der Nähe der zellulären Konzentration seines Substrats liegt. Bei einer enzymatischen Reaktion mit 2 Schritten, bei der der zweite Schritt geschwindigkeitslimitierend ist, ist Km ungefähr gleich der Dissoziationskonstante des ES-Komplexes. In diesem Fall bedeutet ein niedriger Km eine hohe Affinität für das Substrat; diese Interpretation von Km gilt jedoch nur für einige wenige Enzyme [1].

Abbildung 1a zeigt ein Diagramm, in dem die anfänglichen Raten einer enzymatischen Reaktion gegen die Substratkonzentration aufgetragen sind, wobei die Substratkonzentration auf der x-Achse und die Reaktionsgeschwindigkeit auf der y-Achse liegt. In das Diagramm wird eine Michaelis-Menten-Kurve integriert, die schnell ansteigt und kurz darauf auf einem Plateau endet. Die Daten sind mit Aufzählungszeichen markiert und eine Linie zwischen ihnen ist blau eingezeichnet. Die Grafik zeigt, dass mit steigender Substratkonzentration auch die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt. Zu Beginn der Reaktion steigt die Reaktionsgeschwindigkeit schnell an, aber wenn die Substratkonzentration weiter steigt, verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit und die Kurve beginnt zu stagnieren. An diesem Punkt nähert sich die Reaktion ihrer maximalen Geschwindigkeit, die im Diagramm als V max markiert ist. ½ - V max ist ebenfalls im Diagramm markiert, wo die Reaktion 50 % ihrer maximalen Geschwindigkeit erreicht hat. Eine dritte Variable im Diagramm ist k m, das der Substratkonzentration entspricht, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit ½ - V max beträgt. Darunter befindet sich Abbildung 1.b, die eine Illustration der Lineweaver-Burk-Gleichung zeigt, die in eine doppelt-reziproke Transformation eines enzymkinetischen Datensatzes passt. Das Diagramm zeigt auf der x-Achse 1 geteilt durch die Substratkonzentration und auf der y-Achse 1 geteilt durch V. Es zeigt eine ansteigende Gerade, die an den Datensatz gesteckt wird. Auf der Linie ist der y-Schnittpunkt mit einem Pfeil markiert, wo die Linie auf die y-Achse trifft, und der x-Schnittpunkt ist mit einem Pfeil markiert, wo die Linie auf die x-Achse trifft. Außerdem ist die Interpretation der Steigung der Regression auf der Linie mit einer roten Markierung gekennzeichnet

Abbildung 1: Abbildung 1a) Michaelis-Menten-Gleichung, die in ein Diagramm der Anfangsraten gegen die Substratkonzentration gesteckt wurde. Wenn die Substratkonzentration gleich Km ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit ½*Vmax. Abbildung 1b) Eine Illustration der Lineweaver-Burk-Gleichung, die in eine doppelt-reziproke Transformation eines enzymkinetischen Datensatzes gesteckt wurde.

Die Lineweaver-Burk-Gleichung

Es gibt mehrere Methoden zur Bestimmung von Km. Die direkteste Methode besteht darin, V0 gegen [S] aufzutragen und mit einer Kurvenanpassungssoftware die Michaelis-Menten-Gleichung anzugleichen. Bestimmte Umformungen ermöglichen jedoch eine Bestimmung durch lineare Regression, und diese Umformungen sind auch bei der Analyse der Inhibition von Enzymen nützlich. Es sind mehrere Umformungen möglich. Eine einfache Umformung erhält man jedoch, indem man den Kehrwert auf beiden Seiten der Michaelis-Menten-Gleichung bildet. Dies führt zu folgendem Ausdruck, der sogenannten Lineweaver-Burk-Gleichung:

1/V0 = 1/Vmax + Km/Vmax • 1/[S]

Diese Gleichung zeigt, dass ein Diagramm von 1/V0 gegen 1/[S] ein Diagramm ergeben sollte, das in eine Gerade mit dem y-Abschnitt 1/Vmax und der Steigung Km/Vmax gesteckt werden kann. So kann Km durch lineare Regression ermittelt werden. Abbildung 1b zeigt, wie die Steigung und die Schnittpunkte in einem Lineweaver-Burk-Diagramm zu interpretieren sind. [1]

Sonstige Umwandlungen

Die Lineweaver-Burk-Transformation ist aber nicht die einzige Möglichkeit. Ein Diagramm von [S]/V0 gegen [S] (ein Hanes-Woolf-Diagramm) ergibt zum Beispiel auch eine gerade Linie [2]. In diesem Fall werden wir jedoch die Lineweaver-Burk-Transformation verwenden.

Quellen

  1. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Principles of Biochemistry (5th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1.

  2. Atkins, G.L. and Nimmo, I.A. (1975) A comparison of seven methods for fitting the Michaelis-Menten equation. Biochem. J. 149, 775-777.

Anfangsreaktionsgeschwindigkeit

Vmax

Theorie-Übersicht

Empfohlen von:

Artikel
ADH