Was ist Substratkonzentration?
Bei biochemischen Reaktionen ist das Substrat die Substanz, auf die ein Enzym einwirkt. Eine solche Reaktion wandelt im Allgemeinen die Moleküle des Substrats in eine andere Substanz um. Der Ausdruck "Substratkonzentration" wird verwendet, um die Anzahl von Substratmolekülen in einer Lösung zu beschreiben. Dies ist einer der Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen und für sie ein begrenzender Faktor sein können.
Enzyme sind hochspezifisch, dh sie wirken in der Regel nur auf ein Substrat. Während einer enzymgesteuerten Reaktion verbindet sich das Enzym mit dem Substrat an der aktiven Stelle. Dazu hat das Enzym eine sehr spezielle Form, die genau zum Substrat passt. Ein Enzym-Substrat-Komplex wird gebildet, wenn sich das Enzym an das Substrat bindet. Wenn die Reaktion beendet ist und die Produkte entstehen, werden sie vom Enzym freigesetzt, das nun eine weitere Reaktion katalysieren kann.
Ob eine Reaktion stattfindet, hängt davon ab, ob das Substratmolekül mit dem erforderlichen Enzym kollidiert und sich mit diesem verbindet. Substratkonzentration, Enzymkonzentration, Temperatur und pH-Wert sind Faktoren, die die Geschwindigkeit enzymgesteuerter Reaktionen beeinflussen. Der Faktor, der sich auf dem niedrigsten Niveau befindet, wird zum begrenzenden Faktor für die Reaktion.
Die Substratkonzentration ist die Anzahl der in einer bestimmten Lösung enthaltenen Substratmoleküle, während die Enzymkonzentration die Anzahl der Enzyme ist. Ein Enzym kann jeweils nur auf ein Substratmolekül einwirken. Eine Zunahme der Enzyme bedeutet also, dass mehr Substratmoleküle in die Reaktionsprodukte umgewandelt werden können. Wenn mehr Moleküle vorhanden sind, besteht auch eine größere Wahrscheinlichkeit, dass das Substrat und die Enzyme kollidieren. Mit zunehmender Anzahl der Enzyme wird die Substratkonzentration zum limitierenden Faktor.
Wenn mehr Enzyme in Lösung sind als Substratmoleküle, erhöht die Zugabe von mehr Substrat oder die Erhöhung der Substratkonzentration zunächst die Reaktionsgeschwindigkeit. Mit fortschreitender Reaktion werden die Substratmoleküle aufgebraucht, während sie in die Produkte der Reaktion umgewandelt werden. Dies bedeutet, dass die Substratkonzentration mit der Zeit abnimmt und wieder zum begrenzenden Faktor für die Reaktionsgeschwindigkeit wird. Die Substratkonzentration kann bis zu dem Punkt erhöht werden, an dem alle Enzyme verwendet werden. Dies ist die maximale Reaktionsgeschwindigkeit für diese Enzymkonzentration.
Änderungen der Temperatur und des pH-Werts können auch die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, selbst wenn die maximale Substratkonzentration und Enzymkonzentration verwendet wird. Eine erhöhte Temperatur erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, während eine verringerte Temperatur die Geschwindigkeit verringert. Dies liegt an der Tatsache, dass die Moleküle mehr Energie haben und sich eher verbinden. Die Temperatur kann nur bis zu einem bestimmten Punkt erhöht werden, da sich sonst die Enzyme zersetzen und sich der pH-Wert ändert. Enzyme haben eine optimale Temperatur und einen optimalen pH-Wert, bei denen sie arbeiten und die höchste Reaktionsgeschwindigkeit liefern.