De moderne wetenschap heeft ontdekt dat veel essentiële biologische processen onmogelijk zouden zijn zonder enzymen. Het leven op aarde is afhankelijk van biochemische reacties die alleen in een adequaat tempo kunnen plaatsvinden als ze worden gekatalyseerd door enzymen. Maar enzymatische reacties kunnen nog steeds te langzaam optreden als de concentratie van enzymen in een reactief systeem laag is.
Versnelde reacties
Enzymen helpen chemische reacties door ervoor te zorgen dat moleculen een interactie aangaan op een manier die de hoeveelheid energie die nodig is om een reactie te starten, vermindert. Deze energie, ook wel activeringsenergie genoemd, wordt geleverd door de omgeving. De thermische energie van de omgeving die verband houdt met de temperatuur van een omgeving kan bijvoorbeeld worden gebruikt als activeringsenergie. De snelheid van chemische reacties in biologische omgevingen wordt vaak beperkt door beperkte hoeveelheden ambient energie, maar enzymen overwinnen deze beperking omdat ze een kleinere hoeveelheid energie in staat stellen om meer te activeren reacties.
Eén enzym, één reactie
In de meeste situaties heeft een afnemende enzymconcentratie een directe invloed op de enzymactiviteit, omdat elk enzymmolecuul slechts één reactie tegelijk kan katalyseren. Het molecuul waaraan een enzym bindt, wordt een substraat genoemd. Over het algemeen bindt één enzym aan één substraat om de activeringsenergie voor één chemische reactie te verlagen. Als alle enzymen in een systeem aan substraten zijn gebonden, moeten extra substraatmoleculen wachten tot een enzym beschikbaar komt na voltooiing van een reactie. Dit betekent dat de snelheid van reacties zal afnemen naarmate de enzymconcentratie afneemt.
Een één-op-één relatie
In de meeste biologische omgevingen is de concentratie van enzymen lager dan de concentratie van substraten. Zolang dit waar is, is de relatie tussen enzymconcentratie en enzymactiviteit recht evenredig. In een grafiek die de reactiesnelheid versus de enzymconcentratie laat zien, ziet deze direct proportionele relatie eruit als een rechte lijn met een helling van één. Met andere woorden, één extra enzym verhoogt de snelheid met één reactie per tijdseenheid en één verwijderd enzym verlaagt de snelheid met één reactie per tijdseenheid.
Enzymen zonder substraten
Een uitzondering op de direct proportionele relatie is dat afnemende enzymconcentratie niet zal leiden tot verminderde enzymactiviteit als de substraatconcentratie lager is dan de enzymconcentratie. In deze situatie hebben de verwijderde enzymen geen effect omdat het systeem nog voldoende enzymen heeft om met alle beschikbare substraten te binden. Dus een grafiek van enzymactiviteit versus enzymconcentratie zal uiteindelijk afvlakken in een vlakke lijn als de enzymconcentratie toeneemt tot een niveau dat vergelijkbaar is met de substraatconcentratie.
