קינטיקת מיכאליס-מנטן

קינטיקת מיכאליס-מנטן מתארת את קצב התגובה של רבים מהאנזימים. המודל נקרא על שמם של לאונור מיכאליס ומוד מנטן. הוא תקף כאשר ריכוז האנזים קטן בהרבה מריכוז הסובסטרט (המצע) וכאשר האנזים אינו אלוסטרי (לא משנה את צורתו בגלל קישור מרוחק).

מהירות מקסימלית (V_max) היא המהירות המקסימלית שהאנזים יכול להגיע אליה, כאשר אתר הפעילות רווי בסובסטרט. ריכוז הסובסטרט המסומן [S] מוגדל עד שמושג קצב קבוע. בתנאים אלה משתנים אחרים כמו pH וטמפרטורה הם אופטימליים.

מהירות התגובה V מייצגת כמה מולקולות תוצר נוצרות בשנייה בגלל האנזים. כשמגבירים את [S], המהירות מתקרבת באופן אסימפטוטי ל-V_max אך אינה מגיעה אליה ממש. לכן מגדירים את K_m כריכוז הסובסטרט שבו המהירות שווה למחצית מ‑V_max. ערך קטן של K_m מצביע על קישור חזק בין האנזים לסובסטרט.

במודל הפשוט K_m מייצג למעשה קבוע דיסוציאציה משולב של קומפלקס האנזים-סובסטרט (ES). כלומר הוא משקף את הנטייה של ה‑ES להתפרק חזרה לפני שהסובסטרט הופך לתוצר. ככל ש‑K_m נמוך יותר, ה‑ES יציב יותר.

המודל מניח את רצף התגובות: E + S ↔ ES → E + P. תחת ההנחה של מצב יציב (steady state), שבו ריכוז ES אינו משתנה בזמן, מקבלים את המשוואה הקלאסית:
V = V_max [S] / (K_m + [S])
משוואה זו ניתנת לניתוח ניסיוני, למשל בעזרת גרף לינאוויבר-בורק. כש[S] גדול מאוד בהשוואה ל‑K_m, החלק [S]/(K_m+[S]) קרוב ל‑1, והמהירות שואפת ל‑k_2[E_0], כלומר ל‑V_max.

קינטיקה זו מסבירה כמה מהר אנזים עובד. היא נקראת על שם מיכאליס ומנטן.

V_max היא המהירות הכי גבוהה שהאנזים יכול להגיע אליה. זה קורה כשכל אתרי האנזים מלאים בסובסטרט. סובסטרט זה החומר שהאנזים משנה.

מהירות התגובה אומרת כמה תוצר נוצר בכל שנייה. כשמוסיפים הרבה סובסטרט, המהירות קרובה למקסימום.
יש נקודה חשובה שנקראת K_m. זו כמות הסובסטרט שבה המהירות היא חצי מהמקסימום. אם K_m קטן, זה אומר שהאנזים מחזיק חזק בסובסטרט.

האנזים פוגש סובסטרט. הם יוצרים צמד שנקרא ES. אחר כך נוצר התוצר והאנזים חוזר לחזור על הפעולה. בהנחה שפחות משתנים בזמן, אפשר לכתוב כלל שמקשר בין מהירות התגובה, V_max, K_m וריכוז הסובסטרט. כשיש הרבה סובסטרט, המהירות מתקרבת למקסימום.