Что означает Kcat/Km?

Как только$k_{cat}$представляет собой скорость реакции при насыщающей концентрации субстрата,$k_{cat} / K_m$представляет собой скорость реакции при незначительной концентрации субстрата.

Если мы посмотрим на стандартное уравнение кинетики Михаэлиса-Ментен для одного субстрата и одного продукта:

Мы можем представить, что происходит, когда$[S] \to 0$, мы видим, что когда$[S] \ll K_m$, знаменатель можно привести к$K_m$, и, таким образом, уравнение скорости становится

Или, другими словами,$k_{cat} / K_m$- константа скорости (псевдо) второго порядка между ферментом и субстратом, когда$[S] \ll K_m$.

На самом деле, когда вы переходите к более сложным уравнениям скоростей (таким как ингибиторы, эффекты рН и кинетические изотопные эффекты), можно привести достойный аргумент (часто приводимый У. В. Клеландом ) о том, что две ключевые константы для ферментативных реакций равны$k_{cat}$и$k_{cat} / K_m$, и это$K_m$это следует рассматривать как «производную» константу. (Тот факт, что мы записываем уравнение скорости в терминах$k_{cat}$и$K_m$это историческая случайность - с тем же успехом мы могли бы$v = \frac{k_{cat}\Phi [E][S]}{K_m + \Phi [S]}$, где я произвольно выбрал$\Phi$как символ для$k_{cat}/K_m$.)

Это все еще оставляет вопрос о том, почему$k_{cat} / K_m$часто называют «константой специфичности» фермента. Причина этого в том, что если у вас есть один фермент в присутствии двух разных субстратов, у вас есть установка конкурентного ингибирования. Математика немного сложна (см. примеры здесь или здесь ), но конечный результат заключается в том, что отношение скоростей реакции для двух субстратов связано с соотношением их соответствующих$k_{cat} / K_m$х:

Это на самом деле имеет интуитивно понятный смысл при правильном мышлении — единственная стадия, на которой два субстрата конкурируют (где вы принимаете решение провести реакцию А или реакцию Б), — это когда они связываются со свободным ферментом. «Скорость, когда вы заботитесь только о свободном ферменте», эквивалентна незначительному случаю субстрата. При незначительном количестве субстрата все, что у вас есть, это свободный фермент — субстрата недостаточно, чтобы иметь заметное количество связанной с субстратом формы, а скорость встречи фермент-субстрат намного ниже, чем скорость образования продукта, а это означает, что в устойчивом состоянии заявите, что у вас также нет заметного количества связанной с продуктом формы. Таким образом$k_{cat} / K_m$для конкретного субстрата показывает, насколько хорошо свободный фермент выполняет эту реакцию.

Это соотношение чаще называют «каталитической эффективностью», и это плохой показатель. Во многих случаях ферменты лучше только тогда, когда они имеют более высокий kcat , потому что концентрация субстрата всегда намного выше Km. Использование соотношения, когда это очевидно, просто вводит в заблуждение, но это происходит слишком часто.

В некоторых случаях это может быть полезной мерой для сравнения с ферментами. Например, если вы не можете проводить измерения при более высоких концентрациях субстрата. У вас будет только начальный наклон графика [S] vs vmax. При низких концентрациях этот наклон приближается к ккат/км.

Отношение kcat/Km не представляет ничего реального, это просто ленивый способ сравнения ферментов, объединяющий два числа, каждое из которых представляет что-то свое, в одно число, которое хорошо выглядит только потому, что это одно число.