Enzymkinetik

Enzyme beschleunigen die Reaktionszeit, indem sie die Aktivierungsenergie der Edukte senken. Man bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der ein Enzym Edukte in Produkte umwandelt, als Reaktionsgeschwindigkeit. Mehrere Faktoren beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit, wie auch die Menge der verfügbaren Edukte. Die Enzymkinetik untersucht wie ein Enzym die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst.

Wissenschaftler untersuchen die Enzymkinetik eines Enzyms normalerweise mit einer bestimmten Enzymmenge in der kontrollierten Umgebung eines Reagenzglases. Wenn einer bestimmten Enzymmenge mehr Edukte oder Substrate hinzugefügt werden, erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit, während das Enzym mehr Produkte herstellt. Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit und die Substratkonzentration in einem Graphen dargestellt werden, zeigt sich das die Erhöhung des Substrats die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Wenn jedoch alle aktiven Zentren des Enzyms besetzt sind, erreicht die Reaktionsgeschwindigkeit ein Plateau. Die Substratkonzentration, bei der die maximale Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird, wird als V_max bezeichnet. Die Anzahl der vorhandenen Enzymmoleküle begrenzt V_max. Wenn die Menge des Enzyms erhöht wird, steigt V_max, während die Zugabe von mehr Substrat keine Wirkung hat.

Die grafische Darstellung der Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber der Substratkonzentration kann weitere wichtige Eigenschaften der Enzymkinetik zeigen. Die Substratkonzentration, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit die Hälfte des V_max (d.h. 1/2 V_max) ist, wird als Michaeliskonstante (K_m) bezeichnet. K_m beschreibt die Affinität zwischen einem Enzym und dem Substrat. Enzyme mit einem kleinerem K_m benötigen weniger Substrat, um V_max zu erreichen, und haben daher eine höhere Affinität für das Substrat. Interessanterweise ist der Wert des K_ms bei vielen Enzymen ähnlich der zellulären Konzentration des Substrats. Bei Werten nahe des K_ms können kleine Änderungen in der Substratkonzentration die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich beeinflussen, so dass kleine Veränderungen der zellulären Substratverfügbarkeit die Funktion eines gesamten biologischen Weges beeinflussen können.

Nicht alle Enzyme erzeugen die hyperbole Kurve des Substrat-Reaktionsgeschwindigkeits-Graphen, welcher als Michaelis-Menten-Theorie bekannt ist. Die Michaelis-Menten-Theorie geht davon aus, dass das Enzym ein einzelnes Substrat katalysiert. Enzyme, die allosterisch reguliert werden, haben mehrere aktive Zentren und neigen dazu, eine sigmoide Kurve zu bilden, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit gegen die Substratkonzentration aufgetragen wird.