Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Mitä eroa on kilpailevalla ja ei-kilpailevalla estäjällä?
Kilpaileva estäjä muistuttaa substraattia ja sitoutuu entsyymin aktiiviseen kohtaan, joten se kilpailee substraatin kanssa paikasta, ja sen vaikutus heikkenee, kun substraattia lisätään. Ei-kilpaileva estäjä sitoutuu entsyymiin muualle kuin aktiiviseen kohtaan ja muuttaa entsyymin muotoa. Silloin enimmäisnopeus laskee, eikä substraatin lisääminen kumoa estoa.
Entsyymikinetiikassa käytetään kahta tunnuslukua. Vmax on nopeus, jota käyrä lähestyy suurilla substraattipitoisuuksilla. Km on substraattipitoisuus, jolla nopeus on puolet Vmax:sta, ja pieni Km tarkoittaa suurta affiniteettia substraattiin.
Kilpaileva estäjä nostaa näennäistä Km:ää, koska puolen maksiminopeuden saavuttamiseen tarvitaan enemmän substraattia, mutta Vmax säilyy. Puhdas ei-kilpaileva estäjä laskee Vmax:ia, mutta Km pysyy samana, koska vapaana olevat entsyymit sitovat substraattia yhtä hyvin kuin ennenkin.
Estäjä voi sitoutua palautuvasti tai pysyvästi. Palautumaton estäjä muodostaa entsyymiin kovalenttisen sidoksen. Esimerkiksi asetyylisalisyylihappo asetyloi syklo-oksigenaasientsyymin pysyvästi, ja vaikutus loppuu vasta, kun solu valmistaa uutta entsyymiä. Solut käyttävät estoa myös säätelyyn: reaktiosarjan lopputuote voi estää sarjan ensimmäistä entsyymiä.
Kaava
v = Vmax · [S] / (Km + [S])
Esimerkki
Entsyymin Vmax on 100 yksikköä ja Km 2 mmol/l. Laske nopeus substraattipitoisuuksilla 2 ja 40 mmol/l a) ilman estäjää, b) kilpailevan estäjän kanssa, joka nostaa näennäisen Km:n arvoon 4 mmol/l, c) ei-kilpailevan estäjän kanssa, joka laskee Vmax:n arvoon 50.
- a) [S] = 2: v = 100 · 2 / (2 + 2) = 50. [S] = 40: v = 100 · 40 / 42 ≈ 95.
- b) [S] = 2: v = 100 · 2 / (4 + 2) ≈ 33. [S] = 40: v = 100 · 40 / 44 ≈ 91. Suurella pitoisuudella nopeus lähes palautuu.
- c) [S] = 2: v = 50 · 2 / 4 = 25. [S] = 40: v = 50 · 40 / 42 ≈ 48. Nopeus jää alle puoleen, vaikka substraattia lisätään.
Tyypillinen virhe
Moni olettaa, että minkä tahansa eston voi ohittaa lisäämällä substraattia. Se toimii vain kilpailevaan estäjään. Ei-kilpailevan estäjän sitomat entsyymimolekyylit ovat pois käytöstä substraatin määrästä riippumatta.
Valintakokeessa B
Entsyymit kuuluvat lukion biologiaan ja kemiaan, ja valintakoe B arvioi kuvaajien tulkintaa ja matemaattis-loogista päättelyä. Estäjän tyypin voi päätellä siitä, muuttuuko kuvaajassa enimmäisnopeus vai puolikyllästymisen pitoisuus.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 15: Orgaaninen kemia, biomolekyylit ja entsyymit. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mitä allosteerinen säätely tarkoittaa?
Allosteerisessa säätelyssä säätelevä molekyyli sitoutuu entsyymiin muualle kuin aktiiviseen kohtaan ja muuttaa entsyymin muotoa. Muutos voi joko lisätä tai vähentää entsyymin aktiivisuutta. Näin solu voi säätää reaktiosarjan nopeutta tarpeen mukaan, esimerkiksi lopputuotteen määrän perusteella.
Mitä lopputuote-esto on?
Lopputuote-estossa reaktiosarjan viimeinen tuote estää sarjan ensimmäistä entsyymiä. Kun tuotetta on kertynyt riittävästi, sen valmistus hidastuu, ja kun tuotetta kulutetaan, esto heikkenee ja valmistus kiihtyy. Kyse on negatiivisesta palautteesta molekyylitasolla.