Inhoud
De moderne wetenschap heeft ontdekt dat veel essentiële biologische processen zonder enzymen onmogelijk zouden zijn. Het leven op aarde is afhankelijk van biochemische reacties die alleen in voldoende mate kunnen optreden 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 moleculen op een manier te laten interageren die de hoeveelheid energie vermindert die nodig is om een reactie te starten. Deze energie, bekend als activeringsenergie, wordt geleverd door de omgeving. De thermische omgevingsenergie die is geassocieerd met een omgevingstemperatuur kan bijvoorbeeld worden gebruikt als activeringsenergie. De snelheid van chemische reacties in biologische omgevingen wordt vaak beperkt door beperkte hoeveelheden omgevingsenergie, maar enzymen overwinnen deze beperking omdat ze het mogelijk maken dat een kleinere hoeveelheid energie meer reacties activeert.
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. In 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 de voltooiing van een reactie. Dit betekent dat de reactiesnelheid afneemt 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, lijkt deze direct proportionele relatie op een rechte lijn met een helling van één. Met andere woorden, een extra enzym verhoogt de snelheid met één reactie per tijdseenheid en een verwijderd enzym verlaagt de snelheid met één reactie per tijdseenheid.
Enzymen zonder substraten
Een uitzondering op de direct evenredige relatie is dat een verlaagde enzymconcentratie niet zal leiden tot een verlaagde enzymactiviteit als de substraatconcentratie lager is dan de enzymconcentratie. In deze situatie hebben de verwijderde enzymen geen effect omdat het systeem nog steeds voldoende enzymen heeft om te binden met alle beschikbare substraten. Aldus zal een grafiek van enzymactiviteit versus enzymconcentratie uiteindelijk afvlakken in een vlakke lijn naarmate de enzymconcentratie toeneemt tot een niveau dat vergelijkbaar is met de substraatconcentratie.