Die moderne Wissenschaft hat entdeckt, dass viele wichtige biologische Prozesse ohne Enzyme unmöglich wären. Das Leben auf der Erde hängt von biochemischen Reaktionen ab, die nur dann in ausreichender Geschwindigkeit ablaufen können, wenn sie von Enzymen katalysiert werden. Enzymatische Reaktionen können jedoch immer noch zu langsam ablaufen, wenn die Enzymkonzentration in einem reaktiven System gering ist.
Beschleunigte Reaktionen
Enzyme unterstützen chemische Reaktionen, indem sie bewirken, dass Moleküle so interagieren, dass die zum Starten einer Reaktion benötigte Energiemenge reduziert wird. Diese Energie, auch Aktivierungsenergie genannt, wird von der Umgebung geliefert. Beispielsweise kann die mit der Umgebungstemperatur verbundene thermische Umgebungsenergie als Aktivierungsenergie verwendet werden. Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in biologischen Umgebungen wird oft durch begrenzte Mengen an Umgebungs Energie, aber Enzyme überwinden diese Einschränkung, weil sie eine geringere Energiemenge ermöglichen, mehr zu aktivieren activate Reaktionen.
Ein Enzym, eine Reaktion
In den meisten Situationen hat eine abnehmende Enzymkonzentration einen direkten Einfluss auf die Enzymaktivität, da jedes Enzymmolekül jeweils nur eine Reaktion katalysieren kann. Das Molekül, an das ein Enzym bindet, wird Substrat genannt. Im Allgemeinen bindet ein Enzym an ein Substrat, um die Aktivierungsenergie für eine chemische Reaktion zu senken. Sind alle Enzyme eines Systems an Substrate gebunden, müssen nach Abschluss einer Reaktion weitere Substratmoleküle warten, bis ein Enzym zur Verfügung steht. Dies bedeutet, dass die Reaktionsgeschwindigkeit mit abnehmender Enzymkonzentration abnimmt.
Eine Eins-zu-Eins-Beziehung
In den meisten biologischen Umgebungen ist die Konzentration von Enzymen niedriger als die Konzentration von Substraten. Solange dies zutrifft, ist die Beziehung zwischen Enzymkonzentration und Enzymaktivität direkt proportional. In einem Diagramm, das die Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber der Enzymkonzentration zeigt, sieht diese direkt proportionale Beziehung wie eine gerade Linie mit einer Steigung von eins aus. Mit anderen Worten, ein zusätzliches Enzym erhöht die Geschwindigkeit um eine Reaktion pro Zeiteinheit und ein entferntes Enzym verringert die Geschwindigkeit um eine Reaktion pro Zeiteinheit.
Enzyme ohne Substrate
Eine Ausnahme von der direkt proportionalen Beziehung besteht darin, dass eine abnehmende Enzymkonzentration nicht zu einer verminderten Enzymaktivität führen, wenn die Substratkonzentration niedriger als die Enzymkonzentration ist. In dieser Situation haben die entfernten Enzyme keine Wirkung, da das System noch über genügend Enzyme verfügt, um an alle verfügbaren Substrate zu binden. Somit wird ein Diagramm der Enzymaktivität gegen die Enzymkonzentration schließlich zu einer flachen Linie abflachen, wenn die Enzymkonzentration auf ein Niveau steigt, das der Substratkonzentration ähnlich ist.