Περιεχόμενο
Η σύγχρονη επιστήμη έχει ανακαλύψει ότι πολλές βασικές βιολογικές διεργασίες θα ήταν αδύνατες χωρίς ένζυμα. Η ζωή στη Γη εξαρτάται από τις βιοχημικές αντιδράσεις που μπορούν να εμφανιστούν με κατάλληλο ρυθμό μόνο όταν καταλύονται από ένζυμα. Εντούτοις, οι ενζυματικές αντιδράσεις μπορούν να εμφανιστούν πολύ αργά, εάν η συγκέντρωση των ενζύμων σε ένα αντιδραστικό σύστημα είναι χαμηλή.
Επιταχυνόμενες αντιδράσεις
Τα ένζυμα υποβοηθούν τις χημικές αντιδράσεις προκαλώντας αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων με τρόπο που μειώνει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την έναρξη μιας αντίδρασης. Αυτή η ενέργεια, γνωστή ως ενέργεια ενεργοποίησης, παρέχεται από το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η θερμική ενέργεια περιβάλλοντος που σχετίζεται με μια θερμοκρασία περιβάλλοντος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενέργεια ενεργοποίησης. Ο ρυθμός των χημικών αντιδράσεων σε βιολογικά περιβάλλοντα συχνά περιορίζεται από περιορισμένες ποσότητες ενέργειας περιβάλλοντος, αλλά τα ένζυμα ξεπερνούν αυτόν τον περιορισμό επειδή επιτρέπουν σε μικρότερη ποσότητα ενέργειας να ενεργοποιήσει περισσότερες αντιδράσεις.
Ένα ένζυμο, μία αντίδραση
Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μείωση της συγκέντρωσης των ενζύμων έχει άμεση επίδραση στην ενζυμική δραστικότητα επειδή κάθε μόριο ενζύμου είναι ικανό να καταλύει μόνο μία αντίδραση κάθε φορά. Το μόριο στο οποίο δεσμεύεται ένα ένζυμο ονομάζεται υπόστρωμα. Γενικά, ένα ένζυμο δεσμεύεται σε ένα υπόστρωμα για να μειώσει την ενέργεια ενεργοποίησης για μία χημική αντίδραση. Εάν όλα τα ένζυμα σε ένα σύστημα δεσμεύονται σε υποστρώματα, πρόσθετα μόρια υποστρώματος πρέπει να περιμένουν να καταστεί διαθέσιμο ένα ένζυμο μετά την ολοκλήρωση μιας αντίδρασης. Αυτό σημαίνει ότι ο ρυθμός των αντιδράσεων θα μειωθεί καθώς η συγκέντρωση του ενζύμου μειώνεται.
Μια σχέση One-to-One
Στα περισσότερα βιολογικά περιβάλλοντα, η συγκέντρωση των ενζύμων είναι χαμηλότερη από τη συγκέντρωση των υποστρωμάτων. Όσο αυτό ισχύει, η σχέση μεταξύ συγκέντρωσης ενζύμων και ενζυμικής δραστηριότητας είναι άμεσα αναλογική. Σε μια γραφική παράσταση που δείχνει την ταχύτητα αντίδρασης σε σχέση με τη συγκέντρωση ενζύμων, αυτή η άμεση αναλογική σχέση μοιάζει με ευθεία γραμμή με κλίση ενός. Με άλλα λόγια, ένα επιπλέον ένζυμο αυξάνει τον ρυθμό με μία αντίδραση ανά μονάδα χρόνου και ένα απομακρυνόμενο ένζυμο μειώνει τον ρυθμό με μία αντίδραση ανά μονάδα χρόνου.
Ένζυμα χωρίς υποστρώματα
Μια εξαίρεση από την άμεση αναλογική σχέση είναι ότι η μείωση της συγκέντρωσης του ενζύμου δεν θα οδηγήσει σε μειωμένη δραστηριότητα ενζύμου εάν η συγκέντρωση υποστρώματος είναι χαμηλότερη από τη συγκέντρωση του ενζύμου. Σε αυτή την περίπτωση, τα απομακρυνόμενα ένζυμα δεν έχουν καμία επίδραση επειδή το σύστημα εξακολουθεί να έχει επαρκή ένζυμα για δέσμευση με όλα τα διαθέσιμα υποστρώματα. Έτσι, ένα γράφημα της ενζυμικής δραστικότητας έναντι της συγκέντρωσης του ενζύμου θα τελειώσει τελικά σε μια επίπεδη γραμμή καθώς η συγκέντρωση του ενζύμου αυξάνεται σε ένα επίπεδο που είναι παρόμοιο με τη συγκέντρωση του υποστρώματος.