בגרף של ריכוז הסובסטרט אתם רגילים לראות עקומה שמתיישרת ומגיעה לתקרה, ולכן טבעי לצפות שגם הוספת אנזים תיעצר בשלב כלשהו. כשהסובסטרט נמצא בעודף, זה פשוט לא קורה: הקו ממשיך לעלות ישר.

מדוע הקשר ליניארי

הניסוי הקלאסי נבנה כך שכל הגורמים האחרים קבועים: טמפרטורה ו-pH אופטימליים וקבועים, ובעיקר עֹדֶף סוּבְּסְטְרָט (substrate excess) — כמות הסובסטרט גדולה בהרבה מכל מה שהאנזים יכול לפרק בזמן המדידה. במצב הזה מודדים את הַקֶּצֶב הַהַתְחָלִי (initial rate) של התגובה עבור כמויות אנזים שונות.

המנגנון נובע ממחזור העבודה של מולקולת אנזים בודדת: הסובסטרט נקשר לאתר הפעיל ← נוצר קוֹמְפְּלֶקְס אֶנְזִים־סוּבְּסְטְרָט (enzyme-substrate complex) ← התגובה מתרחשת ← התוצר משתחרר ← האתר הפעיל מתפנה וזמין למולקולת סובסטרט הבאה. האנזים אינו נצרך בתגובה, ולכן כל מולקולה חוזרת על המחזור הזה שוב ושוב, בקצב אופייני לה. מולקולות האנזים אינן תלויות זו בזו: כל אתר פעיל עובד בקצב שלו, וכל עוד קיים עודף סובסטרט, לכל מולקולת אנזים שמתווספת למערכת יש סובסטרט זמין מיד. לכן הכפלת מספר מולקולות האנזים מכפילה את מספר מחזורי הקטליזה שמתרחשים בשנייה, כלומר מכפילה את קצב התגובה.

במספרים: אם 1 מ"ג אנזים מייצר 4 מיקרומול תוצר לדקה, אז 2 מ"ג ייצרו 8 מיקרומול לדקה, ו-3 מ"ג ייצרו 12. הגרף הוא קו ישר העולה מראשית הצירים — בהיעדר אנזים אין קטליזה, ולכן הקצב הוא אפס.

למה זה שונה מהותית מעקומת הסובסטרט

ההבדל אינו בצורת הגרף בלבד אלא בזהות הגורם המגביל. בניסוי של ריכוז סובסטרט, כמות האנזים קבועה ולכן מספר האתרים הפעילים קבוע. העלאת ריכוז הסובסטרט מגדילה את שיעור האתרים התפוסים בכל רגע, עד שכל האתרים הפעילים עסוקים ברציפות — מצב של רְוִיָּה (saturation). מכאן ואילך תוספת סובסטרט אינה מעלה את הקצב, משום שאין אתר פעיל פנוי שיקלוט אותה, והגרף מתיישר בערך המרבי (V_max).

בניסוי של ריכוז אנזים המצב הפוך: הגורם המגביל הוא מספר האתרים הפעילים, וזה בדיוק המשתנה שאותו מעלים, בעוד הסובסטרט לעולם אינו מגביל בתנאי הניסוי. אין שום שלב שבו "נגמרים האתרים", ולכן אין רוויה ואין פלטו — קֶשֶׁר לִינֵאָרִי (linear relationship) לכל אורך התחום הנבדק.

הליניאריות אינה תכונה מוחלטת אלא תוצאה של התנאי שהוצב. אם ממשיכים להוסיף אנזים עד שכמות הסובסטרט כבר אינה גדולה דיה, הסובסטרט הופך לגורם המגביל ← מולקולות אנזים נוספות נותרות ללא סובסטרט זמין ← הקו מתחיל להתעקם ולהתיישר. גם מדידה מאוחרת מדי, לאחר שחלק ניכר מהסובסטרט כבר פורק, תיתן קו מעוקם — ולכן מודדים קצב התחלי.

מה תפקיד המיטוכונדריון בתא?