v vs [S] — крива Міхаеліса–Ментен та Лайнуівер–Берк (врізка)
Деградація [S] та утворення [P] в часі
Ця симуляція моделює перетворення субстрату на продукт ферментом у рамках моделі Міхаеліса–Ментен. Початкова швидкість реакції описується рівнянням v = Vmax·[S] / (Km + [S]) — прямокутна гіпербола, яка стрімко зростає за низьких концентрацій субстрату та виходить на плато Vmax, коли активні центри насичуються. Симуляція відображає криву v–[S], врізку з графіком Лайнуівера–Берка (подвійні обернені величини) та часовий хід виснаження субстрату й утворення продукту.
Повзунки задають Vmax (1–30 мкмоль/хв), Km (0,1–20 мМ), початкову концентрацію субстрату [S]₀, концентрацію інгібітора [I] і константу інгібування Ki; меню вибору визначає тип інгібування — конкурентне, неконкурентне або безконкурентне. Пресети завантажують параметри реальних ферментів: гексокінази, хімотрипсину та карбоангідрази. Ці концепції лежать в основі розробки ліків — багато препаратів діють саме як інгібітори ферментів.
Що таке рівняння Міхаеліса–Ментен?
Воно пов'язує початкову швидкість реакції з концентрацією субстрату: v = Vmax·[S] / (Km + [S]). Vmax — максимальна швидкість за насичуючої концентрації субстрату, а Km — концентрація субстрату, за якої швидкість становить половину від Vmax. Крива має форму прямокутної гіперболи.
Про що свідчить значення Km?
Km — це концентрація субстрату (в мМ), за якої швидкість реакції досягає половини Vmax. Низьке значення Km означає, що фермент виходить на напівмаксимальну швидкість уже за малих концентрацій субстрату, що зазвичай трактують як високу уявну спорідненість до субстрату.
Що показує графік Лайнуівера–Берка на врізці?
Це графік подвійних обернених величин — 1/v від 1/[S], який перетворює гіперболу на пряму лінію. Точка перетину з віссю Y дорівнює 1/Vmax, а з віссю X — −1/Km. Це класичний спосіб визначити кінетичні параметри та розпізнати тип інгібування.
Повзунки Vmax і Km задають форму сірої еталонної кривої; [S]₀ встановлює початковий вміст субстрату для часового графіка; [I] та Ki разом із вибором типу інгібування визначають вигляд інгібованої кривої (синьо-фіолетового кольору). Жовта крапка позначає поточний рівень субстрату під час перебігу реакції.
Конкурентний інгібітор зв'язується з активним центром і конкурує з субстратом, підвищуючи уявне Km та не змінюючи Vmax. У моделі уявне Km стає Km·α, де α = 1 + [I]/Ki. Висока концентрація субстрату здатна витіснити інгібітор із активного центру.
Неконкурентний інгібітор зв'язується поза активним центром і знижує ефективну кількість активного ферменту, зменшуючи уявне Vmax до Vmax/α, тоді як Km залишається майже незмінним. Збільшення концентрації субстрату не може подолати таке інгібування, бо інгібітор не конкурує за ділянку зв'язування.
Безконкурентний інгібітор зв'язується лише з комплексом фермент–субстрат, тому він зменшує і уявне Vmax, і уявне Km в однаковий раз. На графіку Лайнуівера–Берка це дає паралельні прямі, а не лінії із спільною точкою перетину.
Панель показує Vmax/Km як практичну міру ефективності в одиницях мкмоль/(хв·мМ). У формальній біохімії константа специфічності kcat/Km характеризує, наскільки добре фермент переробляє субстрат за низьких концентрацій; вище значення відповідає ефективнішому каталізатору за таких умов.
У ході реакції субстрат витрачається й накопичується продукт, тому [S] зменшується, а швидкість v падає вниз по кривій Міхаеліса–Ментен. На часовому графіку видно, як субстрат спадає, а продукт зростає; реакція сповільнюється й зупиняється, коли майже весь субстрат вичерпано.
Вона відтворює стандартну модель початкової швидкості Міхаеліса–Ментен та ідеалізоване оборотне інгібування, що відповідає курсу біохімії базового й університетського рівнів. Спрощення: зворотні реакції, інгібування продуктом, алостерична кооперативність, а також зміни температури й pH не враховуються — тому це навчальний інструмент, а не науковий кінетичний солвер.