Die Rate vieler chemischer Reaktionen steigt mit der Erhöhung der Konzentration der Substrate. Bei einer irreversiblen Enzymreaktion mit einem einzelnen Substrat steigt die Rate der Enzymreaktion mit zunehmender Substratkonzentration und nähert sich einem Maximalwert.

Michaelis–Menten-Gleichung

Auf der Grundlage der Sättigung des Substrats zur enzymatischen Reaktion wurde die Theorie des „Zwischenprodukts“ von der deutschen Biochemikerin Leonor Michaelis und der kanadischen Ärztin Maud Menten aufgestellt: Das Enzym (E) bindet an das Substrat (S), um ein instabiles Zwischenprodukt oder Komplex (ES) zu bilden, und produziert dann das Produkt (P) und das freie Enzym (E).

Die Beziehung zwischen Reaktionsrate und Substratkonzentration wurde durch die Theorie abgeleitet, das heißt, die Michaelis–Menten-Gleichung:
ν = d[P]/dt = V_max[S]/(Km+[S])

Es handelt sich um eine Gleichung zur Untersuchung der grundlegenden Kinetik verschiedener Faktoren, die die Rate der enzymatischen Reaktion beeinflussen. In der Gleichung steht v für die Reaktionsrate und die Aktivität des Enzyms. [S] repräsentiert die Substratkonzentration, V_max gibt die maximale Reaktionsrate an, und Km ist die Michaelis-Konstante, Km= (k_-1+k₂) / k₁. Der Wert der Michaelis-Konstante entspricht der Substratkonzentration, wenn die Enzymreaktionsrate die Hälfte der maximalen Reaktionsrate beträgt. Km ist eine charakteristische Konstante des Enzyms. Wenn die Geschwindigkeitskonstante k_-1 viel größer ist als die von k₂, ist Km nahe der Dissoziationskonstante des Komplexes (ES). Daher repräsentiert Km die Affinität des Enzyms zum Substrat. Ein hoher Km-Wert zeigt eine schwache Affinität zwischen E und S an, während ein niedriger Km-Wert eine starke Affinität anzeigt.

Sättigung des Substrats zur enzymatischen Reaktion

Abbildung 1. Michaelis–Menten-Sättigungskurve für eine Enzymreaktion, die die Beziehung zwischen der Substratkonzentration und der Reaktionsrate zeigt.

Wenn die Enzymkonzentration konstant ist, ist die Beziehung zwischen verschiedenen Substratkonzentrationen und der Reaktionsrate hyperbolisch. Wenn die Substratkonzentration niedrig ist, ist die Erhöhung der Reaktionsrate proportional zur Erhöhung der Substratkonzentration. Danach nimmt mit der Erhöhung der Substratkonzentration die Zunahme der Reaktionsrate allmählich ab. Schließlich, wenn die Substratkonzentration einen bestimmten Wert erreicht, erreicht die Reaktionsrate ein Maximum und steigt nicht weiter mit der Erhöhung der Substratkonzentration.

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