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Die moderne Wissenschaft hat herausgefunden, dass viele wesentliche biologische Prozesse ohne Enzyme nicht möglich wären. Das Leben auf der Erde hängt von biochemischen Reaktionen ab, die nur dann mit ausreichender Geschwindigkeit ablaufen können, wenn sie durch Enzyme katalysiert werden. Enzymreaktionen können jedoch immer noch zu langsam ablaufen, wenn die Konzentration von Enzymen in einem reaktiven System niedrig ist.
Beschleunigte Reaktionen
Enzyme unterstützen chemische Reaktionen, indem sie bewirken, dass Moleküle auf eine Weise interagieren, die die zum Starten einer Reaktion erforderliche Energiemenge verringert. Diese als Aktivierungsenergie bezeichnete Energie wird von der Umwelt geliefert. Beispielsweise kann die mit einer Umgebungstemperatur verbundene thermische Umgebungsenergie als Aktivierungsenergie verwendet werden. Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in biologischen Umgebungen wird oft durch begrenzte Mengen an Umgebungsenergie begrenzt, aber Enzyme überwinden diese Einschränkung, weil sie eine geringere Energiemenge ermöglichen, um mehr Reaktionen zu aktivieren.
Ein Enzym, eine Reaktion
In den meisten Situationen hat eine Verringerung der Enzymkonzentration einen direkten Einfluss auf die Enzymaktivität, da jedes Enzymmolekül jeweils nur eine Reaktion katalysieren kann. Das Molekül, an das ein Enzym bindet, wird Substrat genannt. Im Allgemeinen bindet ein Enzym an ein Substrat, um die Aktivierungsenergie für eine chemische Reaktion zu senken. Wenn alle Enzyme in einem System an Substrate gebunden sind, müssen zusätzliche Substratmoleküle warten, bis nach Abschluss einer Reaktion ein Enzym verfügbar ist. Dies bedeutet, dass die Reaktionsgeschwindigkeit abnimmt, wenn die Enzymkonzentration abnimmt.
Eine Eins-zu-Eins-Beziehung
In den meisten biologischen Umgebungen ist die Konzentration von Enzymen niedriger als die Konzentration von Substraten. Solange dies zutrifft, ist die Beziehung zwischen Enzymkonzentration und Enzymaktivität direkt proportional. In einem Diagramm, das die Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber der Enzymkonzentration zeigt, sieht diese direkt proportionale Beziehung wie eine gerade Linie mit einer Steigung von eins aus. Mit anderen Worten, ein zusätzliches Enzym erhöht die Geschwindigkeit um eine Reaktion pro Zeiteinheit und ein entferntes Enzym verringert die Geschwindigkeit um eine Reaktion pro Zeiteinheit.
Enzyme ohne Substrate
Eine Ausnahme von der direkt proportionalen Beziehung ist, dass eine Verringerung der Enzymkonzentration nicht zu einer verringerten Enzymaktivität führt, wenn die Substratkonzentration niedriger als die Enzymkonzentration ist. In dieser Situation haben die entfernten Enzyme keine Wirkung, da das System noch genügend Enzyme aufweist, um mit allen verfügbaren Substraten zu binden. Ein Diagramm der Enzymaktivität in Abhängigkeit von der Enzymkonzentration wird sich schließlich zu einer flachen Linie abflachen, wenn die Enzymkonzentration auf ein Niveau ansteigt, das der Substratkonzentration ähnlich ist.