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News2021.05.13

MM kinetics I:预平衡近似

Michaelis–Menten 模型是当前生物化学反应速率研究中最简单也最常用的模型之一。它描述了酶促反应过程中,反应物浓度和反应速率的关系。
 
1913年,Michaelis和Menten提出:酶(E)和反应物(S)结合,会形成一个酶-反应物的复合物(ES)。这一步反应是可逆的。随后ES通过一个不可逆的步骤生成产物(P)。这个过程可以写成:

   这里,[S]是反应物浓度;Vmax是该反应酶达到饱和时的最大速率;KM是Michaelis constant,其物理意义是反应速度达到Vmax的一半时,反应物的浓度。

Michaelis–Menten 公式是怎么得来的?我们的MM kinetics系列文章将会和大家一起深入学习。在进行公式推导之前,这里首先介绍反应动力学里两个基本的简化原则。这次先介绍预平衡近似(The Pre-equilibrium Approximation,PEA)。
预平衡近似(PEA)也叫the partial equilibrium approximation 或者 fast-equilibrium approximation,讲的是一个物质既参与到了一个快速的平衡反应,同时也被一个低速的反应缓慢消耗。比如说:A和B之间有一个快速的平衡反应,同时B被缓慢地转换成C:

 

这时候,在已知反应速率常数的情况下,利用PEA,我们可以不用计算B的浓度,而直接通过A的浓度变化来求解C的浓度。最早的MM模型假设酶促反应过程是一种PEA。这时候,我们只需要知道E和S的浓度,不需要知道ES复合物的浓度,就可以求解产物的浓度变化。
MM kinetics里还有进一步的假设,这个我们后面再聊。
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