Концентрация субстрата напрямую влияет на скорость ферментативной реакции. Но в процессе реакции концентрация субстрата уменьшается, так как он расходуется в процессе реакции. Экспериментально можно определить начальную скорость реакции. Обычно концентрация фермента на несколько порядков меньше, чем концентрация субстрата, поэтому, в начале эксперимента падение концентрации субстрата можно считать незначительным и принять, что концентрация субстрата постоянна.
Подобная зависимость была объяснена в 1903 году Виктором Анри, который предположил обязательное образование комплекса между ферментом и субстратом в ферментативной реакции.
В 1913 году Леонор Михаэлис и Мод Ментен развивают эту идею и объясняют, что в начале происходит быстрая обратимая реакция образования комплекса ES, а затем более медленная реакция и поэтому, лимитирующая, где комплекс распадается на фермент и продукт реакции.
Константа Михаэлиса - концентрация субстрата, при которой начальная скорость равна половине максимальной скорости. Даже при маленьких концентрациях субстрата [S]>>[E].
Свободный фермент и фермент в комплексе находятся в равновесии. При небольших концентрациях субстрата фермент находится преимущественно в свободной форме и начальная скорость реакции пропорциональна концентрации субстрата. При больших количествах субстрата большая часть фермента находится в связанном состоянии и фермент "насыщен" субстратом и последующее увеличение концентрации субстрата не влияет на скорость реакции. Распадаясь ES снова образует свободный фермент, готовый катализировать дальше.
При добавлении избытка субстрата несколько микросекунд длится предстационарное состояние, когда растет концентрация ES, потом наступает стационарное состояние, когда ES постоянен.
Метод анализа начальных скоростей называется стационарной кинетикой, так как уже после того, как каждая молекула фермента вступит в реакцию продукт P начинает образовываться с той же скоростью, с которой используется субстрат.
Читайте дальше о выводе уравнения Михалиса-Ментен: