Michaelis-Menten Kinetics: Parameters – Enzyme Classification

00:01 Schauen wir uns nun diese Parameter an. Ich habe das Konzept von Vmax vorgestellt und wir sehen, dass das Enzym irgendwann einen Punkt erreicht, an dem es nicht noch mehr Produkt im Laufe der Zeit herstellt; denn es ist mit Substrat gesättigt.

00:14 Vmax entpuppt sich als eine interessante Größe aber Vmax hat, wie wir sehen werden, einige Einschränkungen.

00:20 Nichtsdestotrotz können wir mithilfe von Vmax einige Dinge untersuchen.

00:24 Die Größe Vmax gibt uns einen Maximalwert und wir könnten sagen: "Na gut, wenn wir verstehen wollen, wie stark ein Enzym mit einem Substrat interagiert, sollten wir vielleicht die Vmax-Werte vergleichen." Aber das sagt uns nicht besonders viel. Es sagt uns, wie schnell eine Reaktion abläuft.

00:40 Aber es sagt uns nicht, wie gut ein Enzym mit einem Substrat interagiert; denn jedes Enzym wird irgendwann Vmax erreichen, wenn wir nur eine unendliche Menge an Substrat hinzufügen. Das ist der Punkt, an dem theoretisch Vmax liegt: wenn das Enzym vollständig gesättigt ist.

00:56 Das sagt uns nicht sehr viel. Aber: Die Größe Vmax/2, bei der wir ein Enzym bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit, aber nicht bis zur maximalen Geschwindigkeit bringen, ermöglicht es uns tatsächlich, die Affinität des Enzyms für sein Substrat zu messen.

01:11 Wenn wir unterschiedliche Enzyme vergleichen und wir vergleichen, wie viel Substrat das Enzym braucht, um Vmax/2 zu erreichen, erhalten wir etwas sehr Interessantes. Wir erhalten eine Größe namens Km.

01:24 Und die Km ist tatsächlich ein Maß für die Affinität eines Enzyms für sein Substrat. Affinität ist quasi das Bedürfnis, zu binden.

01:33 Wie gut bindet es an sein Substrat? Nun, Km ist interessant. Stellen wir uns zwei Enzyme vor: Ein Enzym katalysiert eine Reaktion und hat eine hohe Affinität für sein Substrat. Es mag dieses Substrat sehr. Es schnappt es sich förmlich.

01:48 Und auf der anderen Seite haben wir ein weiteres Enzym, das sein Substrat aber nicht so sehr mag, okay? Welches der beiden Enzyme wird die Substanz eher binden? Das Erste natürlich, weil es eine größere Affinität zu seinem Substrat hat.

01:59 Welches der Beiden wird Vmax/2 mit einer niedrigeren Substratkonzentration erreichen? Nun, dasjenige, welches sich sein Substrat leichter greifen kann.

02:07 Also haben Enzyme mit höherer Affinität zu ihrem Substrat eine niedrigere Km.

02:13 Und diejenigen mit geringerer Affinität zu ihrem Substrat haben eine höhere Km.

02:19 Okay? Höhere Affinität - niedrige Km; geringere Affinität - hohe Km. Also ist Km umgekehrt proportional zur Affinität eines Enzyms für sein Substrat.

02:32 Okay? Hier sehen wir also: hohe Km, niedrige Affinität.

02:36 Wir sehen: niedrige Km, hohe Affinität.

02:38 Ein sehr wichtiges Konzept, das man sich in Bezug auf Km merken sollte.

02:42 Ich stelle mir ein Enzym mit niedriger Affinität für sein Substrat folgendermaßen vor: Man muss es ihm richtig einhämmern, bevor es beginnt, sein Substrat zu binden.

02:50 Und dieses Einhämmern erreichen wir, indem wir einen Haufen Substrat hinzufügen.

02:56 Nun ist Vmax, wie gesagt, eine sehr interessante und wichtige Größe.

03:00 Aber tatsächlich ist es nicht die perfekte Größe, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu messen. Sie funktionert gut für die Reaktion, aber nicht so gut für das Enzym.

03:09 Was bedeutet das also? Nun, wenn wir eine Reaktion durchführen, so wie ich sie beschrieben habe - also mit 20 Röhrchen, und wir haben in diesen 20 Röhrchen Puffer, Substrat und Enzym - wenn wir dann ein V/[S] Diagramm erstellen, haben wir eine einzige Variable.

03:29 Die Variable, die wir haben, ist das Substrat, was bedeutet, dass alle 20 Röhrchen die gleiche Menge Enzym enthalten.

03:37 Das ist super. Wir wollen keine variablen Mengen von Enzym haben.

03:41 Aber stellen Sie sich vor, ich würde die gleiche Reihe von Reaktionen durchführen.

03:44 Und anstelle der Menge, die ich im ersten Versuch verwendet habe - Angenommen, ich habe die Reaktion durchgeführt und die doppelte Enzymmenge für den zweiten Versuch verwendet, in jedem Falle aber eine konstante Menge, unterschiedliche Substratkonzentration, aber jetzt mit der doppelten Menge Enzym.

03:59 Was würde ich in Bezug auf Vmax sehen? Nun, wenn ich zu meinem Fabrik-Vergleich zurückkehre, und darüber nachdenke, was was mit der Fabrik passiert war, hatte ich gesagt, dass die Fabrik an einen Punkt gelangt war, an dem sie gesättigt war. Es gab eine maximale Menge Produkt, das die Arbeiter pro Tag produzieren konnten, und mehr würde sie nicht schaffen.

04:15 Was wäre, wenn ich zwei Fabriken hätte? Nun, wenn ich 2 Fabriken hätte, würde ich wahrscheinlich erwarten, dass ich doppelt so viel Produkt pro Tag bekomme.

04:23 Und wenn ich Röhrchen benutze die doppelt so viel Enzym enthalten, folgt die Parallele: Ich würde doppelt so viel Produkt erhalten.

04:31 Vmax ist also proportional zur Menge des verwendeten Enzyms. Es ist keine Konstante eines Enzyms.

04:36 Es ist lediglich eine Konstante einer Reaktion mit einer bestimmten Menge Enzym.

04:40 Ich würde aber gerne Enzyme mithilfe einer Größe vergleichen können, die unabhängig von der Menge des verwendeten Enzyms ist.

04:46 Zum Glück ist das relativ einfach zu bewerkstelligen.

04:49 Okay? Vmax ist eine Geschwindigkeit und wir messen die Geschwindigkeit einer Reaktion als Konzentration des erzeugten Produkts geteilt durch die Zeit.

05:00 Wenn ich die Menge Enzym nehme, die ich für die Reaktion verwendet habe, und ich Vmax durch diese Menge teile - Menge in diesem Fall bedeutet Konzentration, also die Konzentration des Enzyms, das ich verwendet habe - was wird passieren? Nun, Vmax wurde als Konzentration des Produkts gemessen und ich habe durch eine Enzymkonzentration dividiert.

05:20 Solange ich die Einheit Konzentration konsequent verwendet habe, kürzen sich diese tatsächlich raus.

05:25 Und dann passiert folgendes: ich erhalte eine Zahl und die Einheit dieser Zahl ist pro Zeit.

05:32 Ich erhalte also etwas, das zum Beispiel 1000/Sekunde lautet.

05:36 Was bedeutet 1000/Sekunde? Nun, ich habe das Enzym aus der Gleichung herausgenommen und nun entspricht die Zahl, die ich erhalte, der Anzahl der Produktmoleküle pro Enzym und Sekunde.

05:50 1000/Sekunde bedeutet also, dass jedes Enzym in dieser Lösung 1000 Moleküle des Produkts pro Sekunde herstellt.

05:58 Und das ist die schnellste Geschwindigkeit, die es erreichen kann, denn wir haben ja mit Vmax angefangen.

06:02 Diese Größe wird als Kcat bezeichnet.

06:05 Kcat wird auch Wechselzahl bzw. molekulare Aktivität genannt.

06:10 Ich kann die Kcats von zwei Enzymen vergleichen und ein viel besseres Verständnis über die relativen Geschwindigkeiten der Produktherstellung erhalten, die diese Enzyme erreichen.