Главная/Библиотека/Кинетика ферментов

Кинетика ферментов: Km и Vmax по-человечески

Кинетика — это про скорость реакции, которую ведёт фермент. Два числа описывают фермент почти целиком: Km (насколько он «цепкий» к субстрату) и Vmax (его потолок скорости). Разберёмся, откуда они берутся.

Раздел 01 · Ферменты Km · Vmax ⏱ ~12 мин
С чего всё начинается

Фермент, субстрат и три стрелки

Фермент (E) хватает субстрат (S) — по принципу «руки в перчатке» — и образует комплекс ES. Потом комплекс распадается на фермент и продукт (P). У каждой стрелки своя скорость-константа:

формула E + S  ⇌k1 / k₋1  ES  →k2  E + P
k1 — скорость образования ES · k₋1 — распад ES обратно · k2 — распад ES в продукт.

Обратной реакцией «E + P → ES» пренебрегаем: в самом начале (когда продукта ещё почти нет) она ничтожна.

Ключевое допущение

Стационарное состояние

Сколько ES образуется, столько же и распадается

В разгар реакции концентрация комплекса ES держится постоянной: скорость его образования равна скорости распада. Это «стационарное допущение» — именно оно позволяет вывести всю формулу.

формула образование ES:  k1·[E][S]
распад ES:  k₋1·[ES] + k2·[ES]
приравниваем → отсюда выводится всё остальное.
схема График во времени. Здесь будет кривая: [S] падает, [P] растёт, а [ES] выходит на плато и держится — это и есть стационар.
Итог вывода

Уравнение Михаэлиса–Ментен

После всей алгебры остаётся компактная формула — она связывает скорость реакции V с концентрацией субстрата [S]:

формула V = (Vmax · [S]) / (Km + [S])
Vmax — максимальная скорость (все ферменты заняты) · Km — константа Михаэлиса.

Vmax достигается, когда субстрата столько, что все молекулы фермента заняты (насыщение) — свободного фермента не осталось, быстрее уже нельзя.

схема Кривая Михаэлиса–Ментен. Гипербола: V растёт с [S] и выходит на плато Vmax. Отметка Km — на уровне ½ Vmax. (+ линеаризация Лайнуивера–Бэрка — двойные обратные величины, прямая.)
Смысл Km

Km — это «цепкость» фермента к субстрату

Формально Km — это концентрация субстрата, при которой скорость равна половине Vmax. А по смыслу Km показывает сродство (аффинность) фермента к субстрату — только наоборот:

Низкий Kmвысокое сродство · хватает субстрат жадно, даже когда его мало
Высокий Kmнизкое сродство · включается, только когда субстрата много

Кажется парадоксом: чем меньше число, тем сильнее хватка. Запомни так: маленький Km → фермент доволен уже маленькой порцией субстрата.

Живой пример

Гексокиназа против глюкокиназы

Два фермента делают одно и то же — сажают фосфат на 6-й углерод глюкозы (первый шаг гликолиза) — но с разным Km. Это классический пример изоферментов.

низкий Km · высокое сродство

Гексокиназа — в мышцах

Жадная: работает даже при низком сахаре. Быстро насыщается, много субстрата взять не может. Мышцам нужна глюкоза всегда — они и хватают её первыми.

высокий Km · низкое сродство

Глюкокиназа — в печени

Спокойная: включается только когда сахара много (после еды). Берёт большие порции — печень запасает излишки. Не мешает другим тканям при голоде.

Куда дальше

Связи с другими темами

Следующий урок

Ингибирование ферментов: как их выключают

Читать →