Биохимия

Калькулятор биохимии

Ферментативная кинетика Михаэлиса-Ментен, уравнение Хендерсона-Хассельбальха, концентрация ДНК/РНК по OD260, молекулярная масса белка из последовательности, конвертер единиц фермента и справочник аминокислот — всё в одном инструменте.

v = Vmax·[S]/(Km+[S])pH = pKa + log([A⁻]/[HA])c = A₂₆₀×k×DMW белкаpI аминокислот1 U = 1 мкмоль/мин

Калькулятор биохимии

Ферментативная кинетика, буферные системы, нуклеиновые кислоты, белки, аминокислоты

v = Vmax · [S] / (Km + [S])

Что вычислить:

Vmax (мкмоль/мин)

Km (мкМ)

[S] (мкМ)

Единицы: Vmax и v — мкмоль/мин; [S] и Km — мкМ (мкмоль/л). Подстройте под ваш эксперимент.

Km — константа Михаэлиса (мера сродства к субстрату). Vmax — максимальная скорость при насыщении субстратом.

Константа Михаэлиса

Концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной. Мера сродства фермента к субстрату.

Изоэлектрическая точка

Значение pH, при котором суммарный электрический заряд белка или аминокислоты равен нулю. Важно для электрофореза и очистки.

OD260

Оптическая плотность ДНК

Поглощение при 260 нм — стандарт количественного определения нуклеиновых кислот. Коэффициент: дцДНК = 50, РНК = 40 нг/мкл.

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха

Ключевое уравнение буферных систем: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]). Основа расчёта состава буферных растворов в биохимии.

Основные концепции биохимии

Биохимия изучает химические процессы в живых организмах. Понимание ключевых расчётных инструментов необходимо для ферментологии, молекулярной биологии и анализа биомолекул.

⚡

Кинетика Михаэлиса-Ментен

Описывает зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. При низких [S] скорость линейно зависит от концентрации; при высоких — выходит на плато Vmax. Для расчёта скорости химических реакций используйте калькулятор химической кинетики.

v = Vmax · [S] / (Km + [S])

🧪

Буферные системы

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха — основа расчёта pH буферных растворов. Буфер наиболее эффективен в диапазоне pH = pKa ± 1. Буферная ёмкость максимальна при pH = pKa. Рассчитайте pH раствора с помощью калькулятора pH.

pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

🧬

Нуклеиновые кислоты (OD260)

ДНК и РНК поглощают ультрафиолет при 260 нм за счёт азотистых оснований. Стандартные коэффициенты поглощения позволяют рассчитать концентрацию по значению A₂₆₀.

c = A₂₆₀ × D × k (нг/мкл)

🔬

Молекулярная масса белка

Молекулярная масса белка определяется суммой масс аминокислотных остатков с поправкой на пептидные связи. Средняя масса остатка ≈ 110 Да; 1 кДа ≈ 9 аминокислот. Рассчитать молекулярную массу химических соединений поможет калькулятор молекулярной массы.

MW = Σ(nᵢ · MWᵢ) − (n−1)·18

⚗️

Единицы активности фермента

Активность фермента измеряют в единицах (U) или каталах (кат). Удельная активность (U/мг) — показатель степени очистки. При очистке фермента удельная активность возрастает.

1 кат = 1 моль/с = 6×10⁷ U

🔴

Изоэлектрическая точка (pI)

pI — pH, при котором суммарный заряд белка или аминокислоты равен нулю. При pI минимальна растворимость и электрофоретическая подвижность. pI рассчитывается из pKa ионизирующих групп.

pI ≈ (pKa_i + pKa_{i+1}) / 2

Что умеет этот калькулятор

7 встроенных инструментов для расчётов в биохимии — от ферментативной кинетики до справочника аминокислот.

⚡

Кинетика Михаэлиса-Ментен

Рассчитайте скорость реакции v, максимальную скорость Vmax, константу Михаэлиса Km или концентрацию субстрата [S] по уравнению v = Vmax·[S]/(Km+[S]).

📉

График Линиуивера-Бёрка

Введите экспериментальные данные кинетического опыта (пары [S], v) — получите линеаризованный график и значения Km и Vmax методом двойного обратного графика.

🧪

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха

Рассчитайте pH буферного раствора, соотношение кислота/основание или степень диссоциации. Поддержка трёх режимов вычисления.

🔬

Молекулярная масса белка

Введите аминокислотную последовательность (однобуквенный код) — получите молекулярную массу в Дальтонах и кДа, длину последовательности и аминокислотный состав.

🧬

Концентрация ДНК/РНК по OD260

Рассчитайте концентрацию дцДНК, оцДНК, РНК или олигонуклеотидов из значения поглощения при 260 нм с учётом коэффициента разведения.

⚗️

Конвертер единиц фермента + pI аминокислот

Перевод между U и каталами, расчёт удельной активности. Справочная таблица 20 аминокислот с pKa, pI, MW и классификацией по полярности.

Ключевые расчёты подробно

Теоретические основы и практическое применение биохимических расчётов.

⚡

Кинетика Михаэлиса-Ментен

v = Vmax · [S] / (Km + [S])

Модель Михаэлиса-Ментен описывает простую ферментативную реакцию E + S ⇌ ES → E + P. Km — константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой v = Vmax/2. Чем меньше Km, тем выше сродство фермента к субстрату. Vmax — максимальная скорость при насыщении субстратом; пропорциональна концентрации фермента.

Линеаризация Линиуивера-Бёрка: 1/v = (Km/Vmax)·(1/[S]) + 1/Vmax. График 1/v vs 1/[S] — прямая линия; наклон = Km/Vmax, Y-пересечение = 1/Vmax, X-пересечение = −1/Km. Метод чувствителен к ошибкам при малых [S]; предпочтительнее нелинейная регрессия для точных данных.

🧪

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха

pH = pKa + log₁₀([A⁻] / [HA])

Выводится из уравнения диссоциации слабой кислоты HA ⇌ H⁺ + A⁻. Применяется для расчёта pH буферных растворов, приготовления буферов заданного pH, а также для оценки степени диссоциации лекарств, аминокислот и других ионизируемых молекул при данном pH. Буферная ёмкость максимальна при pH = pKa.

Рабочий диапазон буфера: pKa ± 1 pH единица. Вне этого диапазона буферная ёмкость резко снижается. Популярные буферы: фосфатный (pKa 7.2, pH 6.2–8.2), HEPES (pKa 7.55, pH 6.8–8.2), TRIS (pKa 8.06, pH 7.0–9.0), ацетатный (pKa 4.76, pH 3.8–5.8).

🧬

Концентрация нуклеиновых кислот по OD260

c (нг/мкл) = A₂₆₀ × D × k

Нуклеиновые кислоты поглощают УФ-свет при 260 нм вследствие ароматических азотистых оснований. Закон Бугера-Ламберта-Бера: A = ε·c·l. Стандартные коэффициенты: дцДНК — 50 нг/мкл на ед. A₂₆₀, оцДНК — 33 нг/мкл, РНК — 40 нг/мкл. Где D — коэффициент разведения.

Чистота препарата: отношение A₂₆₀/A₂₈₀ — стандартный показатель качества. Для чистой ДНК ≈ 1.8, РНК ≈ 2.0. Значения ниже 1.7 указывают на загрязнение белком (белки поглощают при 280 нм). Значения A₂₆₀/A₂₃₀ в диапазоне 2.0–2.2 свидетельствуют об отсутствии загрязнения гуанидином и другими реагентами.

🔬

Молекулярная масса белка из аминокислотной последовательности

MW = Σ(nᵢ · MWᵢ) − (n − 1) · 18.015

Молекулярная масса белка рассчитывается из аминокислотной последовательности. Суммируются молекулярные массы всех аминокислот (как свободных), затем вычитается вода (18.015 Да) за каждую пептидную связь (всего n−1 для цепи из n остатков). Средняя масса аминокислотного остатка — около 110 Да.

Практические значения: малые белки — менее 30 кДа (инсулин 5.8 кДа, лизоцим 14.3 кДа); средние — 30–100 кДа (альбумин 66.5 кДа); крупные — более 100 кДа. Расчёт не учитывает посттрансляционные модификации, гликозилирование и дисульфидные мостики.

Ингибирование ферментов

Типы ингибирования и их влияние на кинетические параметры Km и Vmax.

Типы ингибирования и их кинетические параметры

Конкурентное ингибирование

Km увеличивается, Vmax не изменяется. Ингибитор конкурирует с субстратом за активный центр. Преодолевается избытком субстрата.

v = Vmax·[S] / (αKm + [S]), α = 1 + [I]/Ki

Неконкурентное ингибирование

Km не изменяется, Vmax уменьшается. Ингибитор связывается с аллостерическим центром (не влияет на связывание субстрата).

v = αVmax·[S] / (Km + [S]), α = 1 + [I]/Ki

Смешанное ингибирование

Km изменяется, Vmax снижается. Ингибитор связывается и со свободным ферментом, и с комплексом ES с разным сродством.

v = (Vmax/α')·[S] / ((α/α')Km + [S])

Бесконкурентное ингибирование

Km и Vmax уменьшаются пропорционально. Ингибитор связывается только с комплексом ES. Редкий тип для одиночных субстратов.

Km_app = Km/α'; Vmax_app = Vmax/α'

Интерпретация кинетических данных

kcat = Vmax / [E]_total

Оборотное число — молей продукта на молю фермента в секунду. Мера каталитической эффективности.

kcat/Km

«Индекс совершенства» фермента. Предел диффузионного контроля: ~10⁸–10⁹ M⁻¹с⁻¹.

R² регрессии

Для линеаризации Линиуивера-Бёрка R² > 0.99 свидетельствует о хорошем соответствии модели Михаэлиса-Ментен.

Типичные значения Km и kcat ферментов

Карбоангидраза — kcat 10⁶ с⁻¹, один из наиболее быстрых ферментов

Каталаза — kcat 4×10⁷ с⁻¹, разложение H₂O₂

Лизоцим — kcat 0.5 с⁻¹, медленный фермент

Гексокиназа — Km(глюкоза) ≈ 0.1 мМ, высокое сродство

Практические советы

Типичные ошибки и рекомендации при биохимических расчётах.

1Выбор диапазона [S] для кинетики

Для надёжного определения Km и Vmax методом Линиуивера-Бёрка используйте [S] в диапазоне 0.1·Km — 10·Km (минимум 5–6 точек). При слишком малых [S] ошибки 1/v велики; при слишком больших — точки сгруппированы вблизи начала координат и вклад в регрессию минимален. Метод Эйди-Хофсти (v vs v/[S]) предпочтительнее для практики.

2Приготовление буферных растворов

Используйте Henderson-Hasselbalch для расчёта соотношения кислота/основание, но помните, что pKa зависит от температуры (TRIS: ΔpKa ≈ −0.031/°C) и ионной силы. При разведении pH буфера изменяется незначительно. Для биохимических экспериментов с белками чаще используют фосфатный или HEPES, для электрофореза — TRIS-глицин.

3Качество нуклеиновых кислот

Перед расчётом концентрации по OD260 убедитесь в чистоте препарата: A₂₆₀/A₂₈₀ для ДНК должно быть 1.7–2.0, для РНК — 1.9–2.1. Значение ниже 1.7 — загрязнение белком; выше 2.1 — загрязнение РНК или разрушение нуклеиновых кислот. Также контролируйте A₂₆₀/A₂₃₀ (норма 2.0–2.2): значение ниже 1.8 указывает на органические загрязнения.

4Расчёт pI и растворимость белка

При pH = pI растворимость большинства белков минимальна и возможна агрегация. Для предотвращения осаждения при pI добавляйте соли (NaCl 150 мМ) или работайте при pH, отличающемся от pI на 2 единицы. Знание pI необходимо для ионообменной хроматографии: при pH < pI белок положительно заряжен (связывается с катионообменником), при pH > pI — отрицательно (анионообменник).

5Единицы активности фермента

Активность фермента строго зависит от условий измерения (температура, pH, [S], буфер). Всегда указывайте условия при сообщении активности. Удельная активность (U/мг) — ключевой показатель очистки: она должна расти на каждом этапе. Общая активность (U) может снижаться из-за потерь, но удельная — расти. Степень очистки = (удельная активность финальная)/(удельная активность исходная).

6MW белка: SDS-PAAG vs расчёт

Расчётная MW из первичной последовательности — теоретическая масса мономера без модификаций. В SDS-ПААГ (SDS-PAGE) кажущаяся молярная масса может отличаться: гликопротеины мигрируют медленнее (кажутся крупнее), белки с нетипичным зарядом — аномально. Масс-спектрометрия (MALDI-TOF, ESI-MS) даёт точные значения с учётом модификаций. Калькулятор вычисляет теоретическую MW по последовательности в Дальтонах.

Как пользоваться калькулятором

Пошаговая инструкция для основных биохимических расчётных задач.

Выберите раздел

Перейдите на нужную вкладку: «Михаэлис-Ментен» для кинетики, «Хендерсон-Хассельбальх» для буферов, «ДНК/РНК» для концентрации нуклеиновых кислот или «Молек. масса белка».

Введите параметры

Для кинетики — Vmax, Km, [S] или v. Для буфера — pKa кислоты и концентрации компонентов. Для OD260 — поглощение и разведение. Для белка — однобуквенную последовательность.

Получите результат

Нажмите «Рассчитать». Для Михаэлиса-Ментен — скорость или кинетический параметр. Для Линиуивера-Бёрка — Km и Vmax методом регрессии. Для буфера — pH и соотношение компонентов.

Используйте справочники

Вкладка «Аминокислоты» содержит полную таблицу с MW, pKa и pI всех 20 стандартных аминокислот. Блок «Ферменты» — конвертер U/кат и расчёт удельной активности.

ЧАСТЫЕ ВОПРОСЫ

Часто задаваемые вопросы

Km — концентрация субстрата, при которой скорость ферментативной реакции равна половине максимальной (v = Vmax/2). Km является мерой сродства фермента к субстрату: чем меньше Km, тем выше сродство и тем меньше субстрата нужно для достижения полунасыщения. Типичные значения Km: 0.01–100 мМ. Например, гексокиназа имеет Km (глюкоза) ≈ 0.1 мМ — высокое сродство, что обеспечивает эффективную работу при физиологических концентрациях глюкозы.

Линеаризация Линиуивера-Бёрка: взять обратные значения обеих частей уравнения Михаэлиса-Ментен. Получаем: 1/v = (Km/Vmax)·(1/[S]) + 1/Vmax. График 1/v (ось Y) против 1/[S] (ось X) — прямая линия. Наклон = Km/Vmax, Y-пересечение = 1/Vmax, X-пересечение = −1/Km. Этот метод прост, но чувствителен к ошибкам при малых концентрациях субстрата. Для точных данных предпочтительнее нелинейная регрессия.

Используйте уравнение Хендерсона-Хассельбальха: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]), где [A⁻] — концентрация сопряжённого основания, [HA] — концентрация слабой кислоты. Например, для ацетатного буфера (pKa = 4.76) с соотношением CH₃COO⁻/CH₃COOH = 1:1: pH = 4.76 + log(1) = 4.76. Чтобы сдвинуть pH на 1 единицу выше pKa, нужно соотношение A⁻/HA = 10:1.

Концентрация (нг/мкл) = A₂₆₀ × коэффициент разведения × коэффициент поглощения. Коэффициенты поглощения: дцДНК = 50 нг/мкл, оцДНК = 33 нг/мкл, РНК = 40 нг/мкл, олигонуклеотиды ≈ 33 нг/мкл. Пример: если A₂₆₀ = 0.8 для дцДНК с разведением 1:50, то c = 0.8 × 50 × 50 = 2000 нг/мкл = 2 мкг/мкл.

pI — значение pH, при котором суммарный электрический заряд молекулы равен нулю. При pH = pI: (1) минимальна электрофоретическая подвижность; (2) минимальна растворимость большинства белков; (3) максимальна вероятность агрегации. pI рассчитывается как среднее арифметическое двух ближайших к нейтральному значений pKa ионизирующих групп. Практически: для ионообменной хроматографии выбирают pH буфера выше pI (для анионообменника) или ниже pI (для катионообменника).

MW = сумма молекулярных масс всех аминокислотных остатков − (n−1) × 18.015 Да, где n — число аминокислот. Масса остатка = масса свободной аминокислоты − 18.015 Да (вода, удаляемая при образовании пептидной связи). Средняя масса остатка ≈ 110 Да. Пример: дипептид Ala-Gly: MW = 89.09 + 75.03 − 18.015 = 146.1 Да. Расчёт даёт теоретическую массу без учёта посттрансляционных модификаций.

Единица (U) — количество фермента, катализирующего превращение 1 мкмоль субстрата в 1 минуту при стандартных условиях. Кatal (кат) — единица СИ: 1 кат = 1 моль субстрата/секунду. Соотношение: 1 кат = 6×10⁷ U (или 1 U = 16.67 нкат). U более широко используется в лабораторной практике. Удельная активность (U/мг) растёт при очистке и показывает долю активного фермента в препарате.

Соотношение A₂₆₀/A₂₈₀ является стандартным показателем чистоты нуклеиновых кислот. Для чистой дцДНК: 1.8; для чистой РНК: 2.0. Значения ниже 1.7 указывают на загрязнение белком или фенолом (которые поглощают при 280 нм). Значения выше 2.0 для ДНК могут указывать на загрязнение РНК. Также важен показатель A₂₆₀/A₂₃₀: норма 2.0–2.2; ниже 1.8 — загрязнение солями гуанидиния, ЭДТА или углеводами.

Удельная активность = общая активность (U) / масса белка (мг) = U/мг. Это ключевой показатель очистки: при каждом шаге хроматографической очистки удельная активность должна возрастать, а общая активность — сохраняться или немного снижаться. Степень очистки = (удельная активность на данном этапе) / (удельная активность неочищенного экстракта). Выход = (общая активность на данном этапе) / (общая активность исходного экстракта) × 100%.

Для буфера pH 7.4 на основе фосфатного буфера (pKa₂ = 7.2 для H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻): log([HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻]) = 7.4 − 7.2 = 0.2, следовательно [HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻] = 10^0.2 ≈ 1.585. Если итоговая концентрация 100 мМ: Na₂HPO₄ = 100 × 1.585/2.585 ≈ 61.3 мМ; NaH₂PO₄ = 100 × 1/2.585 ≈ 38.7 мМ. Коррекция pH измерением с pH-метром обязательна, так как уравнение учитывает только стандартные pKa.

Был ли этот калькулятор полезен?

ревизия · 9 мая 2026

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

Инструмент справочный — не заменяет эксперта

Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.

Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.

Профессиональные решения — медицинские, финансовые, инженерные — должны приниматься только после консультации с квалифицированным специалистом. Не используйте автоматический расчёт как единственное основание для важных решений.

Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший из-за использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию результатов.

СМЕЖНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Калькулятор биохимии