Km Kcat Kcat/Km

本文深入探讨酶动力学中的最大反应速度(max)、反应常数(kcat)、米氏常数(Km)及其相互关系,阐述了这些参数在酶催化效率评估中的作用,并通过实例分析了它们如何影响酶对不同底物的催化效果。

max 是指 最大反应速度。当 底物浓度 足够大时,体系中 酶的活性中心达到饱和状态,其反应速度达到最大。 由此可见,最大反应速度 max  酶浓度的变化而变化。
kcat 指反应常数 ( catalytic constant ) kcat 可以由 这个公式计算得到:
kcat = max/[E]
[E]  酶浓度,由此可以说, kcat 表示了每单位时间内(秒)每摩尔的酶(或者说每摩尔的活性中心)能够把多少摩尔的底物转化成产物。
Km 俗称 米氏常数,以浓度做单位,米氏常数定义为 反应速度 达到 最大反应速度一半时 的底物浓度。 Km 可以反映出酶与底物的亲和力,Km越低,亲和力越大。
kcat/Km 称为 催化效率,常常以此来比较 不同的酶而同一底物, 或者 不同底物而同一种酶。

 

KM, kcat, and kcat /KM

 

KM - The Michaelis constant, KM, is often associated with the affinity of the enzyme for substrate, but this is not always correct. A more accurate statement is that, for reactions obeying Michaelis-Menten kinetics, KM is a measure of the substrate concentration required for effective catalysis to occur. That is, an enzyme with a high KM requires a higher substrate concentration to achieve a given reaction velocity than an enzyme with a low KM. Table 11.1 lists values of KM, kcat, and kcat/KM for selected enzymes.

 

kcat - The Michaelis-Menten equation, V = Vmax[S]/(KM + [S]), can be rewritten as

V = kcat[E]t[S] / ( KM + [S])

where Vmax = kcat[E]t. kcat incorporates the rate constants for all the reactions between ES and E + P in a multistep enzymatic process. For a two-step reaction, kcat = k2. For more complex reactions, kcat depends on which steps in the process are rate-limiting.

kcat gives a direct measure of the catalytic production of product under optimum conditions (saturated enzyme). The units of kcat are seconds-1. The reciprocal of kcat can be thought of as the time required by an enzyme molecule to "turn over" one substrate molecule. Alternatively, kcat measures the number of substrate molecules turned over per enzyme molecule per second. Thus, kcat is sometimes called the turnover number. Some typical turnover numbers are shown in Table 11.1, as well.

kcat/KM - This ratio is often thought of as a measure of enzyme efficiency. Either a large value of kcat (rapid turnover) or a small value of KM (high affinity for substrate) makes kcat/KM large.

When [S] << KM (dilute solution), equation 11.27 becomes

V (kcat/KM)[E][S]

Here, kcat/KM behaves as a second-order rate constant for the reaction between substrate and free enzyme. This ratio is important, for it shows what the enzyme and substrate can accomplish when abundant enzyme sites are available, and it allows direct comparison of the effectiveness of an enzyme toward different substrates. When an enzyme has a choice of two substrates, A or B, present at equal, dilute concentrations,

Table 11.2 shows that when an enzyme has different substrates on which it can work, the range of efficiencies may vary considerably. Note that for chymotrypsin the kcat/KM ratio varies 1-million fold.

 

As a second-order rate constant, kcat/KM has a maximum possible value, which is determined by the frequency with which enzyme and substrate molecules can collide. A reaction which attains such a velocity is said to be "diffusion-limited" because every encounter leads to reaction. If every collision results in formation of an enzyme-substrate complex, diffusion theory predicts that kcat/KM will attain a value of about 108 to 109 (mol/L)-1s-1. The enzymes carbonic anhydrase, fumarase, and triose phosphate isomerase actually approach this limit.

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【四旋翼无人机】具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机:建模与控制研究(Matlab代码、Simulink仿真实现)内容概要:本文围绕具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机展开研究,重点探讨其系统建模与控制策略,结合Matlab代码与Simulink仿真实现。文章详细分析了无人机的动力学模型,特别是引入螺旋桨倾斜机构后带来的全驱动特性,使其在姿态与位置控制上具备更强的机动性与自由度。研究涵盖了非线性系统建模、控制器设计(如PID、MPC、非线性控制等)、仿真验证及动态响应分析,旨在提升无人机在复杂环境下的稳定性和控制精度。同时,文中提供的Matlab/Simulink资源便于读者复现实验并进一步优化控制算法。; 适合人群:具备一定控制理论基础和Matlab/Simulink仿真经验的研究生、科研人员及无人机控制系统开发工程师,尤其适合从事飞行器建模与先进控制算法研究的专业人员。; 使用场景及目标:①用于全驱动四旋翼无人机的动力学建模与仿真平台搭建;②研究先进控制算法(如模型预测控制、非线性控制)在无人机系统中的应用;③支持科研论文复现、课程设计或毕业课题开发,推动无人机高机动控制技术的研究进展。; 阅读建议:建议读者结合文档提供的Matlab代码与Simulink模型,逐步实现建模与控制算法,重点关注坐标系定义、力矩分配逻辑及控制闭环的设计细节,同时可通过修改参数和添加扰动来验证系统的鲁棒性与适应性。
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