Bât kỳ phạn ứng hóa hĩc nào,ví dú phạn ứng A ⎯→ P, sở dĩ xạy ra được là nhờ moơt phaăn naíng lượng trong sô các phađn tử A chứa naíng lượng lớn hơn sô phađn tử còn lái, làm cho chúng toăn tái ở tráng thái hốt đoơng. Ở tráng thái này deê dàng phá vỡ moơt lieđn kêt hóa hĩc hoaịc táo ra moơt lieđn kêt mới đeơ làm xuât hieơn sạn phaơm P. Naíng lượng caăn đeơ chuyeơn toàn boơ sô phađn tử cụa moơt mol vaơt chât ở đieău kieơn nhât định sang tráng thái kích đoơng được gĩi là naíng lượng hốt hóa. Naíng lượng này caăn thiêt đeơ chuyeơn các phađn tử tham gia phạn ứng sang moơt tráng thái trung gian giàu naíng lượng tương ứng với đưnh cụa hàng rào hốt hóa (hình VI.2).Tôc đoơ cụa phạn ứng tư leơ với noăng đoơ cụa phađn tử ở tráng thái trung gian này.
Khi taíng nhieơt đoơ naíng lượng chuyeơn đoơng nhieơt cụa phađn tử taíng leđn, làm cho sô phađn tử có khạ naíng đát tráng thái trung gian taíng leđn. Vì thê khi taíng nhieơt đoơ leđn 10o, tôc đoơ cụa phu hóa hĩc taíng leđn khoạng hai laăn (Q10 = 2).
Khác với tác dúng cụa nhieơt đoơ, chât xúc tác làm taíng tôc đoơ cụa phạn ứng baỉng cách làm giạm naíng lượng hốt hóa. Sự kêt hợp giữa chât phạn ứng và chât xúc tác làm xuât hieơn tráng thái trung gian mới với mức naíng lượng hốt hóa thâp hơn. Khi sạn phaơm hình thành, chât xúc tác lái được giại phóng ở tráng thái tự do.
Các phạn ứng enzyme cũng tuađn theo những nguyeđn taĩc chung cụa đoơng hĩc các phạn ứng hóa hĩc. Tuy nhieđn, chúng còn có những đaịc đieơm rieđng. Moơt trong những đaịc đieơm đó là hieơn tượng bão hòa cơ chât. Ở noăng đoơ cơ chât thâp tôc đoơ cụa phạn ứng enzyme tư leơ thuaơn với noăng đoơ cơ chât. Nhưng nêu tiêp túc taíng noăng đoơ cơ chât thì tôc đoơ phạn ứng taíng chaơm daăn,
Hình VI.2. Biên thieđn naíng lượng tự do trong các phạn ứng hóa hĩc.
và khi noăng đoơ cơ chât đát moơt giá trị nào đó, tôc đoơ cụa phạn ứng khođng taíng nữa. Trong những đieău kieơn đó noăng đoơ enzyme là yêu tô quyêt định tôc đoơ phạn ứng.
Maịc dù hieơn tượng bão hòa cơ chât đaịc trưng cho mĩi enzyme, nhưng giá trị cú theơ cụa noăng đoơ cơ chât là giá trị đaịc trưng. Thođng qua nghieđn cứu vân đeă này Michaelis và Menten naím 1913 đã đeă xuât moơt phương trình dieên tạ tôc đoơ các phạn ứng enzyme và neđu leđn moơt sô lý thuyêt chung veă đoơng hĩc cụa quá trình này. Thuyêt này veă sau đã được Briggs và Haldans phát trieơn theđm.
Các tác giạ tređn nhaơn thây raỉng trong các phạn ứng enzyme trước tieđn enzyme E táo ra phức heơ ES với cơ chât S. Sau đó ES sẽ được phađn giại thành sạn phaơm P và enzyme E tự do.
Theo định luaơt khôi lượng, quá trình đó có theơ được mođ tạ như sau: k k1
E + S ES E + P 3 k2 k4
trong đó k1 là haỉng sô tôc đoơ phạn ứng hình thành ES từ E và S; k2 là haỉng sô tôc đoơ phạn ứng phađn giại ES thành E và S; k3 là haỉng sô tôc đoơ phạn ứng phađn giại ES thành E và P; k4 là haỉng sô tôc đoơ phạn ứng hình thành ES từ E và P.
Ở tráng thái cađn baỉng tôc đoơ hình thành ES baỉng tôc đoơ phađn giại phức heơ này: k1[E][S] – k2[ES] = k3[ES] – k4[E][P].
Biên đoơi phương trình này, ta có:
[ES](k2+k3) = [E](k4[P] + k1[S])
[ES] k4[P] + k1[S] k4[P] k1[S] [E] k2 + k3 k2+k3 k2+k3
Do ở các giai đốn đaău cụa phạn ứng giá trị cụa [P] vođ cùng nhỏ neđn có theơ giạn lược phương trình tređn như sau:
[ES] k1[S]
[E] k2 + k3 Đaịt [E]t là hàm lượng enzyme toơng sô và Km = k2+k3 / k1, ta có:
[E] [E]t -[ES] [E]t Km
[ES] [ES] [ES] [S]
Tôc đoơ ban đaău v cụa phạn ứng enzyme tư leơ thuaơn với hàm lượng enzyme hốt đoơng, hay [ES], neđn ta có theơ viêt:
v = k3[ES]
Nêu noăng đoơ cơ chât rât lớn, làm cho haău hêt enzyme trong heơ thông đeău toăn tái ở tráng thái ES, thì tôc đoơ phạn ứng enzyme sẽ đát giá trị tôi đa V, và tôc đoơ tôi đa đó sẽ baỉng:
V = k3[E]t
Do đó:
[E]t V Km
[ES] v [S] Nhađn hai vê cho [S] và biên đoơi phương trình, ta có:
V[S] v =
Km + [S]
Đađy chính là phương trình Michaelis-Menten và Km được gĩi là haỉng sô Michaelis.
Ý nghĩa thực tieơn cụa haỉng sô Michaelis là ở choê nó chính là giá trị cụa noăng đoơ cơ chât khi tôc đoơ phạn ứng baỉng ½ tôc đoơ tôi đa. Thay V và v baỉng các con sô tương ứng 1 và 0,5 vào phương trình tređn, ta sẽ thây rõ đieău đó. Như vaơy, Km được đo baỉng đơn vị noăng đoơ, tức mol/l.
Haỉng sô Michaelis là moơt haỉng sô rât quan trĩng. Nó xác định ái lực cụa enzyme với cơ chât. Km càng nhỏ thì ái lực này càng lớn, tôc đoơ phạn ứng càng cao vì tôc đoơ tôi đa V đát ở giá trị noăng đoơ cơ chât càng thâp.
Tređn cơ sở phương trình Michaelis-Menten, baỉng cách xađy dựng đường bieơu dieên sự phú thuoơc cụa v vào [S] và baỉng đoă thị đó xác định tôc đoơ tôi đa V ta có theơ tìm thây giá trị cụa [S], ở đó v = V/2, tức giá trị cụa Km (hình VI.3).
Tuy nhieđn, baỉng cách này khó xác định v moơt cách chính xác. Đeơ khaĩc phúc nhược đieơm đó, người ta sử dúng đường bieơu dieên Linewear-Burk. Hai tác giạ này biên đoơi phương trình Michaelis-Menten thành dáng:
1/v = Km/V x 1/[S] + 1/V
Hình VI.3. Đường bieơu dieên phương trình Michaelis-Menten
Ưu đieơm cụa phương 1trình này là ở choê giữa các đái lượng 1/v và 1/[S] có môi lieđn heơ tư leơ thuaơn (hình VI.4).
Qua đường bieơu dieên này ta có theơ thây raỉng tang ABO = Km/V và BO = 1/Km.
Phương trình này còn cho phép tìm hieơu nhieău khía cánh quan trĩng lieđn quan đên tác dúng cụa các chât ức chê hốt tính cụa enzyme. 1/v A 1/V B -1/Km O -1/[S]
Hình VI.4. Đường bieơu dieên
phương trình Lineweaver-Burk