🧬 Кінетика ферментів — Міхаеліс–Ментен та інгібування

Воно пов'язує початкову швидкість реакції з концентрацією субстрату: v = V_max·[S] / (K_m + [S]). V_max — це максимальна швидкість при насичувальній концентрації субстрату, а K_m — концентрація субстрату, за якої швидкість дорівнює половині V_max. Крива являє собою прямокутну гіперболу.

K_m — це концентрація субстрату, за якої швидкість досягає половини V_max, тут виражена в мМ. Низьке значення K_m означає, що фермент досягає напівмаксимальної швидкості вже при низькій концентрації субстрату, що зазвичай трактується як висока удавана спорідненість до субстрату.

Це графік подвійних обернених величин 1/v проти 1/[S], який перетворює гіперболу на пряму лінію. Перетин з віссю y дорівнює 1/V_max, а перетин з віссю x дорівнює −1/K_m, що робить цей графік класичним способом визначення кінетичних параметрів і типів інгібування.

Повзунки V_max і K_m задають форму сірої еталонної кривої, [S]₀ задає початковий субстрат для часового ходу, а [I] разом з K_i та меню інгібування визначають інгібовану індигову криву. Жовта точка позначає поточний рівень субстрату під час перебігу реакції.

Конкурентний інгібітор зв'язується з активним центром і конкурує із субстратом, тож він підвищує удавану K_m, залишаючи V_max незмінною. У моделі удавана K_m стає K_m·α, де α = 1 + [I]/K_i, тож високий рівень субстрату все ще може витіснити інгібітор.

Неконкурентний інгібітор зв'язується поза активним центром і знижує ефективну кількість працюючого ферменту, зменшуючи удавану V_max до V_max/α, тоді як K_m залишається приблизно незмінною. Додавання більшої кількості субстрату не може подолати цей ефект, оскільки інгібітор не конкурує за зв'язувальну кишеню.

Безконкурентний інгібітор зв'язується лише з комплексом фермент-субстрат, тож він знижує і удавану V_max, і удавану K_m на той самий коефіцієнт. На графіку Лайнуівера–Берка це дає паралельні лінії, а не лінії, що мають спільний перетин.

Панель показує V_max/K_m як практичний показник ефективності в мкмоль/(хв·мМ). У формальній біохімії константа специфічності k_cat/K_m порівнює, наскільки добре ферменти обробляють субстрати при низькій концентрації; вище значення вказує на ефективніший каталізатор за цих умов.

У міру перебігу реакції субстрат витрачається, а продукт накопичується, тож [S] падає, а швидкість v знижується вздовж кривої Міхаеліса–Ментен. Панель часового ходу показує, як субстрат зменшується, а продукт зростає, і перебіг сповільнюється й зупиняється, коли майже весь субстрат витрачено.

Вона відображає стандартну модель початкової швидкості Міхаеліса–Ментен та ідеалізоване оборотне інгібування, що відповідає вступному та студентському курсу біохімії. Вона спрощує ситуацію, ігноруючи зворотні реакції, інгібування продуктом, алостеричну кооперативність і зміни температури чи pH, тож це навчальний інструмент, а не дослідницький кінетичний розв'язувач.