Co to jest stężenie substratu?
W reakcjach biochemicznych substrat jest substancją, na którą działa enzym. Taka reakcja zasadniczo zmienia cząsteczki substratu w jakąś inną substancję. Termin „stężenie substratu” jest używany do opisania liczby cząsteczek substratu w roztworze. Jest to jeden z czynników wpływających na szybkość reakcji i może być dla nich czynnikiem ograniczającym.
Enzymy są wysoce specyficzne, co oznacza, że zwykle działają tylko na jeden substrat. Podczas reakcji kontrolowanej przez enzym enzym łączy się z substratem w miejscu aktywnym. Aby to zrobić, enzym ma bardzo wyspecjalizowany kształt, który dokładnie pasuje do substratu. Kompleks enzym-substrat powstaje, gdy enzym przyłącza się do substratu. Gdy reakcja jest zakończona i powstają produkty, są one uwalniane z enzymu, który może teraz katalizować kolejną reakcję.
To, czy zajdzie reakcja, zależy od tego, czy cząsteczka substratu zderzy się z wymaganym enzymem i połączy się z nim. Stężenie substratu, stężenie enzymu, temperatura i pH to czynniki, które będą wpływać na szybkość reakcji kontrolowanych przez enzym. Czynnik znajdujący się na najniższym poziomie staje się czynnikiem ograniczającym reakcję.
Stężenie substratu to liczba cząsteczek substratu znajdujących się w danym roztworze, zaś stężenie enzymu to liczba enzymów. Jeden enzym może działać tylko na jedną cząsteczkę substratu na raz, więc wzrost enzymów oznacza, że więcej cząsteczek substratu można przekształcić w produkty reakcji. Ponadto przy większej liczbie cząsteczek istnieje większe prawdopodobieństwo zderzenia substratu i enzymów. W miarę wzrostu liczby enzymów stężenie substratu staje się teraz czynnikiem ograniczającym.
Jeśli w roztworze znajduje się więcej enzymów niż cząsteczek substratu, dodanie większej ilości substratu lub zwiększenie stężenia substratu początkowo zwiększy szybkość reakcji. W miarę postępu reakcji cząsteczki substratu zużywają się, gdy są przekształcane w produkty reakcji. Oznacza to, że stężenie substratu zmniejsza się w czasie i ponownie staje się czynnikiem ograniczającym szybkość reakcji. Stężenie substratu można zwiększyć do momentu, w którym wszystkie enzymy zostaną użyte, co będzie maksymalną szybkością reakcji dla tego stężenia enzymów.
Zmiany temperatury i pH mogą również wpływać na szybkość reakcji, nawet jeśli stosowane jest maksymalne stężenie substratu i stężenie enzymu. Podwyższona temperatura zwiększa szybkość reakcji, podczas gdy obniżona temperatura zmniejsza szybkość. Wynika to z faktu, że cząsteczki mają więcej energii i częściej się łączą. Temperaturę można podnieść tylko do pewnego punktu lub spowoduje to rozpad enzymów i zmiany pH. Enzymy mają optymalną temperaturę i pH, w których będą działać i zapewnią najwyższą szybkość reakcji.