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La scienza moderna ha scoperto che molti processi biologici essenziali sarebbero impossibili senza enzimi. La vita sulla Terra dipende dalle reazioni biochimiche che possono verificarsi a un ritmo adeguato solo quando sono catalizzate dagli enzimi. Ma le reazioni enzimatiche possono ancora verificarsi troppo lentamente se la concentrazione di enzimi in un sistema reattivo è bassa.
Reazioni accelerate
Gli enzimi aiutano le reazioni chimiche facendo interagire le molecole in modo da ridurre la quantità di energia necessaria per avviare una reazione. Questa energia, nota come energia di attivazione, viene fornita dall'ambiente. Ad esempio, l'energia termica ambientale associata a una temperatura ambiente può essere utilizzata come energia di attivazione. Il tasso di reazioni chimiche in ambienti biologici è spesso limitato da quantità limitate di energia ambientale, ma gli enzimi superano questa limitazione perché consentono a una quantità minore di energia di attivare più reazioni.
Un enzima, una reazione
Nella maggior parte dei casi, la riduzione della concentrazione di enzimi ha un'influenza diretta sull'attività degli enzimi poiché ogni molecola di enzima è in grado di catalizzare solo una reazione alla volta. La molecola a cui si lega un enzima si chiama substrato. In generale, un enzima si lega a un substrato al fine di ridurre l'energia di attivazione per una reazione chimica. Se tutti gli enzimi in un sistema sono legati a substrati, ulteriori molecole di substrato devono attendere la disponibilità di un enzima dopo il completamento di una reazione. Ciò significa che il tasso di reazioni diminuirà quando diminuisce la concentrazione di enzimi.
Una relazione uno a uno
Nella maggior parte degli ambienti biologici, la concentrazione di enzimi è inferiore alla concentrazione di substrati. Finché ciò è vero, la relazione tra la concentrazione di enzimi e l'attività degli enzimi è direttamente proporzionale. Su un grafico che mostra la velocità di reazione rispetto alla concentrazione di enzimi, questa relazione direttamente proporzionale sembra una linea retta con una pendenza di uno. In altre parole, un enzima aggiuntivo aumenta la velocità di una reazione per unità di tempo e un enzima rimosso diminuisce la velocità di una reazione per unità di tempo.
Enzimi senza substrati
Un'eccezione alla relazione direttamente proporzionale è che la riduzione della concentrazione dell'enzima non porterà a una riduzione dell'attività dell'enzima se la concentrazione del substrato è inferiore alla concentrazione dell'enzima. In questa situazione, gli enzimi rimossi non hanno alcun effetto perché il sistema ha ancora enzimi sufficienti per legarsi con tutti i substrati disponibili. Pertanto, un grafico dell'attività dell'enzima rispetto alla concentrazione dell'enzima alla fine si livellerà su una linea piatta quando la concentrazione dell'enzima aumenta a un livello simile alla concentrazione del substrato.