Come cambia l'attività enzimatica quando la concentrazione enzimatica diminuisce

La scienza moderna ha scoperto che molti processi biologici essenziali sarebbero impossibili senza enzimi. La vita sulla Terra dipende da reazioni biochimiche che possono avvenire ad un ritmo adeguato solo quando sono catalizzate da enzimi. Ma le reazioni enzimatiche possono ancora verificarsi troppo lentamente se la concentrazione di enzimi in un sistema reattivo è bassa.

Gli enzimi assistono le reazioni chimiche facendo interagire le molecole in modo da ridurre la quantità di energia necessaria per avviare una reazione. Questa energia, nota come energia di attivazione, è fornita dall'ambiente. Ad esempio, l'energia termica ambientale associata alla temperatura di un ambiente può essere utilizzata come energia di attivazione. La velocità delle reazioni chimiche negli ambienti biologici è spesso limitata da quantità limitate di ambiente energia, ma gli enzimi superano questa restrizione perché consentono a una quantità minore di energia di attivare più reazioni.

Nella maggior parte delle situazioni, la diminuzione della concentrazione enzimatica ha un'influenza diretta sull'attività enzimatica perché ogni molecola enzimatica è in grado di catalizzare solo una reazione alla volta. La molecola a cui si lega un enzima è detta substrato. In generale, un enzima si lega a un substrato per abbassare l'energia di attivazione per una reazione chimica. Se tutti gli enzimi di un sistema sono legati a substrati, ulteriori molecole di substrato devono attendere che un enzima diventi disponibile dopo il completamento di una reazione. Ciò significa che la velocità delle reazioni diminuirà al diminuire della concentrazione dell'enzima.

Nella maggior parte degli ambienti biologici, la concentrazione degli enzimi è inferiore alla concentrazione dei substrati. Finché ciò è vero, la relazione tra la concentrazione dell'enzima e l'attività dell'enzima è direttamente proporzionale. In un grafico che mostra la velocità di reazione rispetto alla concentrazione dell'enzima, questa relazione direttamente proporzionale appare come una linea retta con pendenza di uno. In altre parole, un enzima aggiuntivo aumenta la velocità di una reazione per unità di tempo e un enzima rimosso riduce la velocità di una reazione per unità di tempo.

Un'eccezione alla relazione direttamente proporzionale è che la diminuzione della concentrazione dell'enzima non lo farà portare a una diminuzione dell'attività enzimatica se la concentrazione del substrato è inferiore alla concentrazione dell'enzima. In questa situazione, gli enzimi rimossi non hanno alcun effetto perché il sistema ha ancora enzimi sufficienti per legarsi con tutti i substrati disponibili. Pertanto, un grafico dell'attività dell'enzima rispetto alla concentrazione dell'enzima alla fine si livellerà in una linea piatta man mano che la concentrazione dell'enzima aumenta fino a un livello simile alla concentrazione del substrato.