กิจกรรมของเอนไซม์เปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อความเข้มข้นของเอนไซม์ลดลง

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ได้ค้นพบว่ากระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญหลายอย่างจะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีเอนไซม์ สิ่งมีชีวิตบนโลกขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่สามารถเกิดขึ้นได้ในอัตราที่เพียงพอก็ต่อเมื่อพวกมันถูกเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์เท่านั้น แต่ปฏิกิริยาของเอนไซม์ยังสามารถเกิดขึ้นได้ช้าเกินไปหากความเข้มข้นของเอนไซม์ในระบบปฏิกิริยาต่ำ

เอนไซม์ช่วยปฏิกิริยาเคมีโดยทำให้โมเลกุลมีปฏิกิริยาโต้ตอบในลักษณะที่ลดปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยา พลังงานนี้เรียกว่าพลังงานกระตุ้นซึ่งมาจากสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น พลังงานความร้อนแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมสามารถใช้เป็นพลังงานกระตุ้นได้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพมักถูกจำกัดโดยสภาพแวดล้อมในปริมาณที่จำกัด พลังงาน แต่เอ็นไซม์เอาชนะข้อ จำกัด นี้เพราะช่วยให้พลังงานจำนวนน้อยสามารถกระตุ้นได้มากขึ้น ปฏิกิริยา

ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ ความเข้มข้นของเอนไซม์ที่ลดลงมีผลโดยตรงต่อการทำงานของเอนไซม์ เนื่องจากโมเลกุลของเอนไซม์แต่ละโมเลกุลสามารถเร่งปฏิกิริยาได้ครั้งละหนึ่งปฏิกิริยาเท่านั้น โมเลกุลที่เอนไซม์จับเรียกว่าสารตั้งต้น โดยทั่วไป เอนไซม์หนึ่งตัวจับกับสารตั้งต้นหนึ่งตัวเพื่อลดพลังงานกระตุ้นสำหรับปฏิกิริยาเคมีหนึ่งตัว หากเอ็นไซม์ทั้งหมดในระบบจับกับซับสเตรต โมเลกุลของซับสเตรตเพิ่มเติมต้องรอให้เอนไซม์พร้อมใช้งานหลังจากปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลดลงเมื่อความเข้มข้นของเอนไซม์ลดลง

ในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพส่วนใหญ่ ความเข้มข้นของเอนไซม์ต่ำกว่าความเข้มข้นของสารตั้งต้น ตราบใดที่สิ่งนี้เป็นจริง ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของเอนไซม์กับกิจกรรมของเอนไซม์จะเป็นสัดส่วนโดยตรง บนกราฟที่แสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของเอนไซม์ ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนโดยตรงนี้ดูเหมือนเป็นเส้นตรงที่มีความชันเท่ากับหนึ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอนไซม์เพิ่มเติมหนึ่งตัวจะเพิ่มอัตราหนึ่งปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา และเอนไซม์ที่ถูกกำจัดออกหนึ่งตัวจะลดอัตราหนึ่งปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา

ข้อยกเว้นสำหรับความสัมพันธ์ตามสัดส่วนโดยตรงคือความเข้มข้นของเอนไซม์ที่ลดลงจะไม่ ส่งผลให้การทำงานของเอนไซม์ลดลงหากความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่ำกว่าความเข้มข้นของเอนไซม์ ในสถานการณ์เช่นนี้ เอ็นไซม์ที่ถูกกำจัดออกไปจะไม่มีผลใดๆ เนื่องจากระบบยังมีเอ็นไซม์เพียงพอที่จะจับกับซับสเตรตที่มีอยู่ทั้งหมด ดังนั้นกราฟของกิจกรรมของเอนไซม์กับความเข้มข้นของเอนไซม์จะลดระดับลงในเส้นแบนในที่สุดเมื่อความเข้มข้นของเอนไซม์เพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่ใกล้เคียงกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น