Содержание
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 все еще 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, поставляется окружающей средой. Например, тепловая энергия окружающей среды, связанная с температурой окружающей среды, может использоваться в качестве энергии активации. Скорость химических реакций в биологической среде часто ограничена ограниченным количеством энергии окружающей среды, но ферменты преодолевают это ограничение, потому что они позволяют меньшее количество энергии активировать больше реакций.
Один фермент, одна реакция
В большинстве случаев снижение концентрации фермента оказывает прямое влияние на активность фермента, поскольку 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 для 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 реакций будет уменьшаться с уменьшением концентрации фермента.
Отношения один-к-одному
В большинстве биологических сред концентрация ферментов ниже, чем концентрация субстратов. Пока это правда, связь между концентрацией фермента и активностью фермента прямо пропорциональна. На графике, который показывает скорость реакции в зависимости от концентрации фермента, эта прямо пропорциональная зависимость выглядит как прямая линия с наклоном единицы. Другими словами, один дополнительный фермент увеличивает скорость на одну реакцию в единицу времени, а один удаленный фермент уменьшает скорость на одну реакцию в единицу времени.
Ферменты без субстратов
Исключением из прямо пропорциональной зависимости является то, что уменьшение концентрации фермента не приведет к снижению активности фермента, если концентрация субстрата ниже, чем концентрация фермента. В этой ситуации удаленные ферменты не имеют никакого эффекта, потому что система все еще имеет достаточное количество ферментов для связывания со всеми доступными субстратами. Таким образом, график зависимости активности фермента от концентрации фермента в конечном итоге выровняется в плоскую линию, когда концентрация фермента возрастает до уровня, аналогичного концентрации субстрата.