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La science moderne a découvert que de nombreux processus biologiques essentiels seraient impossibles sans enzymes. La vie sur Terre dépend de réactions biochimiques pouvant se produire à un rythme adéquat uniquement lorsqu'elles sont catalysées par des enzymes. Mais les réactions enzymatiques peuvent encore se produire trop lentement si la concentration en enzymes dans un système réactif est faible.
Réactions accélérées
Les enzymes facilitent les réactions chimiques en faisant interagir les molécules de manière à réduire la quantité d’énergie nécessaire au démarrage d’une réaction. Cette énergie, appelée énergie d'activation, est fournie par l'environnement. Par exemple, l'énergie thermique ambiante associée à une température d'environnement peut être utilisée comme énergie d'activation. Le taux de réactions chimiques dans les environnements biologiques est souvent limité par des quantités limitées d'énergie ambiante, mais les enzymes surmontent cette restriction car elles permettent à une quantité d'énergie inférieure d'activer davantage de réactions.
Une enzyme, une réaction
Dans la plupart des situations, la diminution de la concentration en enzyme influe directement sur l'activité de l'enzyme, car chaque molécule d'enzyme ne peut catalyser qu'une seule réaction à la fois. La molécule à laquelle une enzyme se lie s'appelle un substrat. En général, une enzyme se lie à un substrat afin de réduire l'énergie d'activation pour une réaction chimique. Si toutes les enzymes d'un système sont liées à des substrats, des molécules de substrat supplémentaires doivent attendre qu'une enzyme soit disponible après la fin d'une réaction. Cela signifie que le taux de réactions diminuera à mesure que la concentration en enzyme diminue.
Une relation un à un
Dans la plupart des environnements biologiques, la concentration en enzymes est inférieure à la concentration en substrats. Tant que cela est vrai, la relation entre la concentration et l'activité de l'enzyme est directement proportionnelle. Sur un graphique qui montre la vitesse de réaction en fonction de la concentration en enzyme, cette relation directement proportionnelle ressemble à une ligne droite avec une pente de un. En d'autres termes, une enzyme supplémentaire augmente la vitesse d'une réaction par unité de temps et une enzyme retirée diminue la vitesse d'une réaction par unité de temps.
Enzymes sans substrats
Une exception à la relation directement proportionnelle est qu'une diminution de la concentration en enzyme ne conduira pas à une diminution de l'activité de l'enzyme si la concentration en substrat est inférieure à la concentration en enzyme. Dans cette situation, les enzymes éliminées sont sans effet car le système contient encore suffisamment d'enzymes pour se lier à tous les substrats disponibles. Ainsi, un graphique de l'activité de l'enzyme par rapport à la concentration en enzyme finira par se stabiliser sur une ligne plate lorsque la concentration en enzyme augmentera jusqu'à un niveau similaire à celui du substrat.