Bei biochemischen Reaktionen ist das Substrat die Substanz, auf die ein Enzym einwirkt. Eine solche Reaktion wandelt im Allgemeinen die Moleküle des Substrats in eine andere Substanz um. Der Begriff „Substratkonzentration“ wird verwendet, um die Anzahl der Substratmoleküle in einer Lösung zu beschreiben. Es ist einer der Faktoren, der die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst und für sie ein limitierender Faktor sein kann.
Enzyme sind hochspezifisch, das heißt, sie wirken meist nur auf ein Substrat. Während einer enzymkontrollierten Reaktion verbindet sich das Enzym mit dem Substrat am aktiven Zentrum. Dazu hat das Enzym eine ganz spezielle Form, die genau zum Substrat passt. Bei der Bindung des Enzyms an das Substrat entsteht ein Enzym-Substrat-Komplex. Wenn die Reaktion abgeschlossen ist und die Produkte entstanden sind, werden sie vom Enzym freigesetzt, das nun eine weitere Reaktion katalysieren kann.
Ob eine Reaktion stattfindet, hängt davon ab, ob das Substratmolekül mit dem erforderlichen Enzym kollidiert und sich mit diesem verbindet. Substratkonzentration, Enzymkonzentration, Temperatur und pH sind alles Faktoren, die die Geschwindigkeit der enzymkontrollierten Reaktionen beeinflussen. Der niedrigste Faktor wird zum limitierenden Faktor für die Reaktion.
Die Substratkonzentration ist die Anzahl der Substratmoleküle, die sich in einer bestimmten Lösung befinden, während die Enzymkonzentration die Anzahl der Enzyme ist. Ein Enzym kann jeweils nur auf ein Substratmolekül wirken, so dass durch eine Zunahme der Enzyme mehr Substratmoleküle in die Reaktionsprodukte umgewandelt werden können. Wenn mehr Moleküle vorhanden sind, besteht auch eine größere Wahrscheinlichkeit, dass Substrat und Enzyme kollidieren. Mit zunehmender Enzymzahl wird nun die Substratkonzentration zum limitierenden Faktor.
Wenn mehr Enzyme in Lösung als Substratmoleküle vorliegen, erhöht die Zugabe von mehr Substrat oder die Erhöhung der Substratkonzentration die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit. Mit fortschreitender Reaktion werden die Substratmoleküle verbraucht, da sie in die Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Dies bedeutet, dass die Substratkonzentration mit der Zeit abnimmt und wieder zum limitierenden Faktor für die Reaktionsgeschwindigkeit wird. Die Substratkonzentration kann bis zu dem Punkt erhöht werden, an dem alle Enzyme verwendet werden, was die maximale Reaktionsgeschwindigkeit für diese Enzymkonzentration ist.
Auch Temperatur- und pH-Änderungen können die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, selbst wenn die maximale Substratkonzentration und Enzymkonzentration verwendet wird. Eine erhöhte Temperatur erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, während eine verringerte Temperatur die Geschwindigkeit verringert. Dies liegt daran, dass die Moleküle mehr Energie haben und sich eher verbinden. Die Temperatur kann nur bis zu einem bestimmten Punkt erhöht werden oder die Enzyme werden abgebaut, ebenso wie Änderungen des pH-Werts. Enzyme haben eine optimale Temperatur und einen optimalen pH-Wert, bei denen sie funktionieren und die höchste Reaktionsgeschwindigkeit bieten.