Solange Substrat zur Bindung verfügbar ist, beschleunigt eine Erhöhung der Enzymkonzentration die enzymatische Reaktion. Sobald das gesamte Substrat gebunden ist, lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit durch eine weitere Erhöhung der Enzymkonzentration nicht mehr steigern, da für zusätzliche Enzymmoleküle keine Bindungsstellen mehr vorhanden sind.

Wie wirken Enzyme？

Enzyme sind katalytische Proteine, die chemische Reaktionen beschleunigen können, ohne im Reaktionsverlauf dauerhaft verändert zu werden. Während der Reaktion wird keine permanente Bindung zwischen Enzym und Substrat gebildet; das Enzym kehrt in seine ursprüngliche Konformation zurück und kann erneut eingesetzt werden. Das Enzym bindet das Substrat über das aktive Zentrum und bildet dabei einen Enzym-Substrat-Komplex. Enzyme sind sowohl hinsichtlich der Reaktion als auch des gebundenen Substrats hochspezifisch. Passt die Struktur des Substrats zum aktiven Zentrum des Enzyms, ist die Enzymfunktion gewährleistet; die Aktivität ist dabei von der dreidimensionalen Struktur abhängig. Enzyme erleichtern das Zustandekommen der Reaktion, indem sie die Aktivierungsenergie senken und mehr Moleküle aktivieren, wodurch die katalytische Umsetzung ermöglicht wird.

Einfluss der Enzymkonzentration

Die Enzymkonzentration ist für chemische Reaktionen von Bedeutung, da das Enzym mit dem Substrat reagieren muss. Häufig kann bereits eine geringe Enzymmenge eine große Substratmenge umsetzen. Mit steigender Enzymkonzentration nimmt jedoch auch die Anzahl wirksamer aktiver Zentren zu, sodass mehr Substratmoleküle in Produkte umgewandelt werden. Das bedeutet im Wesentlichen: Soll die Enzymkonzentration erhöht werden, muss Substrat im Überschuss vorliegen; mit anderen Worten muss die Reaktion unabhängig von der Substratkonzentration sein.

Reaktion nullter Ordnung

Um den Einfluss einer Erhöhung der Enzymkonzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit zu untersuchen, muss das Substrat im Überschuss vorhanden sein; d. h., die Reaktion muss unabhängig von der Substratkonzentration sein. Jede Veränderung der innerhalb eines definierten Zeitraums gebildeten Produktmenge hängt dann vom vorhandenen Enzymniveau ab. Grafisch lässt sich dies wie folgt darstellen:

Abbildung 1. Die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion nullter Ordnung ist abhängig von der Substratkonzentration.

Diese Reaktionen werden als „Reaktionen nullter Ordnung“ bezeichnet, da die Reaktionsgeschwindigkeiten unabhängig von der Substratkonzentration sind. Die Produktbildung verläuft mit einer zeitlich linearen Rate. Die Zugabe von weiterem Substrat führt nicht zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Bei Kinetik nullter Ordnung führt eine Verdopplung der Assay-Laufzeit zu einer Verdopplung der Produktmenge.

Die in einer Reaktion vorhandene Enzymmenge wird über die von ihr katalysierte Aktivität bestimmt. Die Beziehung zwischen Aktivität und Konzentration wird durch zahlreiche Faktoren wie Temperatur, pH-Wert usw. beeinflusst. Ein Enzymassay muss so konzipiert sein, dass die beobachtete Aktivität proportional zur vorhandenen Enzymmenge ist, sodass die Enzymkonzentration der einzige limitierende Faktor ist. Dies ist nur erfüllt, wenn die Reaktion nullter Ordnung ist.

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