Современная наука обнаружила, что многие важные биологические процессы были бы невозможны без ферментов. Жизнь на Земле зависит от биохимических реакций, которые могут происходить с адекватной скоростью только тогда, когда они катализируются ферментами. Но ферментативные реакции могут происходить слишком медленно, если концентрация ферментов в реактивной системе низкая.
Ускоренные реакции
Ферменты способствуют химическим реакциям, заставляя молекулы взаимодействовать таким образом, чтобы уменьшить количество энергии, необходимое для начала реакции. Эта энергия, известная как энергия активации, поступает из окружающей среды. Например, тепловая энергия окружающей среды, связанная с температурой окружающей среды, может использоваться в качестве энергии активации. Скорость химических реакций в биологических средах часто ограничивается ограниченным количеством окружающей среды. энергии, но ферменты преодолевают это ограничение, потому что они позволяют меньшему количеству энергии активировать больше реакции.
Один фермент, одна реакция
В большинстве случаев снижение концентрации фермента имеет прямое влияние на активность фермента, потому что каждая молекула фермента способна катализировать только одну реакцию за раз. Молекула, с которой связывается фермент, называется субстратом. Как правило, один фермент связывается с одним субстратом, чтобы снизить энергию активации одной химической реакции. Если все ферменты в системе связаны с субстратами, дополнительные молекулы субстрата должны ждать, пока фермент станет доступным после завершения реакции. Это означает, что скорость реакции будет снижаться по мере уменьшения концентрации фермента.
Отношения один на один
В большинстве биологических сред концентрация ферментов ниже, чем концентрация субстратов. Пока это верно, связь между концентрацией фермента и активностью фермента прямо пропорциональна. На графике, показывающем зависимость скорости реакции от концентрации фермента, эта прямо пропорциональная зависимость выглядит как прямая линия с наклоном, равным единице. Другими словами, один дополнительный фермент увеличивает скорость на одну реакцию в единицу времени, а один удаленный фермент снижает скорость на одну реакцию в единицу времени.
Ферменты без субстратов
Исключением из прямо пропорционального отношения является то, что снижение концентрации фермента не приведет к приводят к снижению активности фермента, если концентрация субстрата ниже, чем концентрация фермента. В этой ситуации удаленные ферменты не действуют, потому что в системе все еще достаточно ферментов для связывания со всеми доступными субстратами. Таким образом, график активности фермента в зависимости от концентрации фермента в конечном итоге выровняется до плоской линии, когда концентрация фермента увеличивается до уровня, аналогичного концентрации субстрата.
