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 ad 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 causando l'interazione delle molecole in un modo che riduce la quantità di energia necessaria per iniziare una reazione. Questa energia, nota come energia di attivazione, è fornita dall'ambiente. Ad esempio, l'energia termica ambiente associata alla temperatura di un ambiente può essere utilizzata come energia di attivazione. La velocità delle reazioni chimiche negli ambienti biologici è spesso limitata da quantità limitate di energia ambientale, ma gli enzimi superano questa restrizione perché consentono una minore quantità di energia per attivare più reazioni.

Un enzima, una reazione

Nella maggior parte dei casi, la diminuzione della concentrazione di enzimi ha un'influenza diretta sull'attività degli enzimi perché ogni molecola di enzima è in grado di catalizzare solo una reazione alla volta. La molecola alla quale si lega un enzima è chiamata substrato. In generale, un enzima si lega a un substrato per ridurre l'energia di attivazione per una reazione chimica. Se tutti gli enzimi in un sistema sono legati a substrati, le molecole di substrato aggiuntive devono attendere che un enzima diventi disponibile dopo il completamento di una reazione. Ciò significa che la velocità delle reazioni diminuirà con la diminuzione della concentrazione dell'enzima.

Una relazione uno-a-uno

Nella maggior parte degli ambienti biologici, la concentrazione di enzimi è inferiore alla concentrazione dei substrati. Finché questo è vero, la relazione tra la concentrazione dell'enzima e l'attività dell'enzima è direttamente proporzionale. Su un grafico che mostra la velocità di reazione rispetto alla concentrazione di enzimi, questa relazione direttamente proporzionale si presenta come 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 diminuzione della concentrazione dell'enzima non porterà ad una diminuita attività enzimatica 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 da legare con tutti i substrati disponibili. Pertanto, un grafico dell'attività enzimatica rispetto alla concentrazione dell'enzima si stabilizzerà alla fine in una linea piatta quando la concentrazione dell'enzima aumenta a un livello simile alla concentrazione del substrato.