Nelle reazioni biochimiche, il substrato è la sostanza su cui agisce un enzima. Tale reazione generalmente cambia le molecole del substrato in qualche altra sostanza. Il termine “concentrazione del substrato” è usato per descrivere il numero di molecole di substrato in una soluzione. È uno dei fattori che influenza la velocità delle reazioni e può essere un fattore limitante per loro.
Gli enzimi sono altamente specifici, il che significa che di solito agiscono solo su un substrato. Durante una reazione enzimatica, l’enzima si combina con il substrato nel sito attivo. Per fare ciò, l’enzima ha una forma molto specializzata che si adatta esattamente al substrato. Un complesso enzima-substrato si forma quando l’enzima si lega al substrato. Quando la reazione è terminata e i prodotti vengono creati, vengono rilasciati dall’enzima, che ora può catalizzare un’altra reazione.
Il verificarsi di una reazione dipende dal fatto che la molecola del substrato collida e si combina con l’enzima richiesto. La concentrazione del substrato, la concentrazione dell’enzima, la temperatura e il pH sono tutti fattori che influenzeranno la velocità delle reazioni controllate dagli enzimi. Il fattore che si trova al livello più basso diventa il fattore limitante per la reazione.
La concentrazione del substrato è il numero di molecole di substrato trovate in una particolare soluzione, mentre la concentrazione dell’enzima è il numero di enzimi. Un enzima può agire solo su una molecola di substrato alla volta, quindi un aumento degli enzimi significa che più molecole di substrato possono essere convertite nei prodotti della reazione. Inoltre, con più molecole presenti, c’è una maggiore possibilità che il substrato e gli enzimi si scontrino. All’aumentare del numero di enzimi, la concentrazione del substrato diventa ora il fattore limitante.
Se ci sono più enzimi in soluzione rispetto alle molecole di substrato, l’aggiunta di più substrato o l’aumento della concentrazione del substrato aumenterà inizialmente la velocità della reazione. Man mano che la reazione progredisce, le molecole del substrato vengono utilizzate mentre vengono convertite nei prodotti della reazione. Ciò significa che la concentrazione del substrato diminuisce nel tempo e diventa ancora una volta il fattore limitante sulla velocità della reazione. La concentrazione del substrato può essere aumentata fino al punto in cui vengono utilizzati tutti gli enzimi, che sarà la velocità massima della reazione per quella concentrazione di enzimi.
Anche le variazioni di temperatura e pH possono influenzare la velocità della reazione anche se si utilizzano la concentrazione massima del substrato e la concentrazione dell’enzima. L’aumento della temperatura aumenta la velocità della reazione mentre la diminuzione della temperatura diminuisce la velocità. Ciò è dovuto al fatto che le molecole hanno più energia e hanno maggiori probabilità di combinarsi. La temperatura può essere aumentata solo fino a un certo punto o causerà la rottura degli enzimi, così come le variazioni del pH. Gli enzimi hanno una temperatura e un pH ottimali a cui funzioneranno e forniranno la più alta velocità di reazione.