實驗原理
酶促反應速度與底物濃度的關系可用米氏方程來表示:
式中,v──反應初速度(微摩爾濃度變化/min);
V──最大反應速度(微摩爾濃度變化/min);
[S]──底物濃度(mol/L);
Km──米氏常數(mol/L)。
這個方程表明當已知Km及V時,酶反應速度與底物濃度之間的定量關系。Km值等于酶促反應速度達到最大反應速度一半時所對應的底物濃度,是酶的特征常數之一。不同的酶Km值不同,同一種酶與不同底物反應Km值也不同,Km值可近似的反應酶與底物的親和力大小:Km值大,表明親和力小;Km值小,表明親合力大。測Km值是酶學研究的一個重要方法。大多數純酶的Km值在0.01~100mmol/L。
Linewaeaver―Burk作圖法(雙倒數作圖法)是用實驗方法測Km值的最常用的簡便方法:
于是實驗時可選擇不同的[S],測對應的v;
本實驗以胰蛋白酶消化酪蛋白為例,采用Linewaeaver―Burk雙倒數作圖法測定Km值。胰蛋白酶催化蛋白質中堿性氨基酸(L-精氨酸和L-賴氨酸)的羧基所形成的肽鍵水解。水解時有自由氨基生成,可用甲醛滴定法判斷自由氨基增加的數量而跟蹤反應,求得初速度。
試劑和器材
一、試劑
10~40g/L酪蛋白溶液(pH8.5):分別取10、20、30、40g酪蛋白溶于約900mL水中,加 20mL 1N NaOH連續振蕩,微熱直至溶解,以1N HCl 或 1N NaOH調pH至8.5,定容至1L,即生成四種不同[S]的酪蛋白標準溶液。
中性甲醛溶液:75mL分析純甲醛加15mL 0.25%酚酞乙醇溶液,以0.1M NaOH滴至微紅,密閉于玻璃瓶中。
0.25%酚酞加50%乙醇溶液:2.5g酚酞以50%乙醇溶解,定容至1L。
標準0.1M NaOH溶液。
二、材料
胰蛋白酶溶液:稱取2g胰蛋白酶溶于50mL蒸餾水中,放入冰箱保存。
三、器材
50mL三角燒瓶(×16),150mL三角燒瓶(×4);吸管5mL(×1),10mL(×5);量筒 100mL(×4);25mL堿式滴定管及滴定臺,蝴蝶夾;恒溫水浴;滴管。
操作方法
1.取50mL三角瓶4個,加入5mL甲醛與1滴酚酞,以0.1M標準NaOH滴定至微紅色,4個瓶顏色應當一致,編號。
2.量取40g/L酪蛋白50mL,加入一150mL三角瓶,37℃保溫10分鐘,同時胰蛋白酶液也在37℃保溫
10分鐘,然后吸取5mL酶液加到酪蛋白液中。(同時計時!)充分混合后立即取出10mL反應液(定為0時樣品)加入一含甲醛的小三角瓶中(1號)加10
滴酚酞;以0.1M
NaOH滴定至微弱而持續的微紅色。在接近終點時,按耗去的NaOHmL數,每mL加一滴酚酞,再繼續滴至終點,記下耗去的0.1M標準NaOH
mL數。
3.在2分鐘、4分鐘、6分鐘時,分別取出10mL反應液,加入2號、3號、4號小三角瓶,同上操作,記下耗去 NaOH mL數。
以滴定度(即耗去的NaOH mL數)對時間作圖,得一直線,其斜率即初速度為V40(相對于40g/L的酪蛋白濃度)。
然后分別量取30g/L、20g/L、10g/L的酪蛋白溶液,重復上述操作,分別測出V30、V20、V10。
利用上述結果,以1/v對1/[s]作圖,即求出V與Km值。
注意事項
(1)實驗表明,反應速度只在最初一段時間內保持恒定,隨著反應時間的延長,酶促反應速度逐漸下降。原因有多種,如底物濃度降低,產物濃度增加而對酶產生抑制作用并加速逆反應的進行,酶在一定pH及溫度下部分失活等。因此,研究酶的活力以酶促反應的初速度為準。
(2)本實驗是一個定量測定方法,為獲得準確的實驗結果,應盡量減少實驗操作中帶來的誤差。因此配制各種底物溶液時應用同一母液進行稀釋,保證底物濃度的準確性。各種試劑的加量也應準確,并嚴格控制準確的酶促反應時間。