안녕하세요, 냉철한라마35님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 효소 촉매 반응 속도가 기질 농도에 따라 달라지는 이유는 반응을 매개하는 효소의 활성 부위수가 한정되어 있기 때문이며, 저농도에서는 충돌 확률에 비례해 속도가 빨라지지만 고농도에서는 모든 효소가 기질과 결합하는 포화 상태에 도달해 최대 속도에 수렴하기 때문이랍니다.
■ 저농도 구간에서의 1차 반응과 기질 충돌 빈도
기질 농도가 매우 낮은 환경에서는 세포 내에 기질과 아직 결합하지 않은 빈 효소가 충분히 많습니다. 이때는 기질의 양을 늘려줄수록 효소의 활성 부위와 기질 분자가 서로 부딪쳐 효소-기질 복합체를 형성할 확률이 정비례하여 증가하는데요. 새로운 복합체가 빠르게 만들어지는 만큼 생성물로 전환되는 속도 역시 비례하여 가파르게 상승합니다. 즉 기질 농도가 반응 속도를 직접적으로 지배하는 1차 반응의 특성을 띠며 속도 곡선이 가파르게 올라갑니다.
■ 고농도 구간의 효소-기질 복합체 포화와 0차 반응
하지만 기질을 계속 투입하여 농도가 충분히 높아지면 상황이 완전히 달라집니다. 반응계 내 모든 효소의 활성 부위가 쉴 틈 없이 기질을 붙잡고 있는 기질 포화 상태가 발생하는데요. 새로운 기질이 주변에 아무리 많이 쏟아져 들어와도 기존 기질이 반응을 끝내고 떨어져 나가 활성 부위를 비워주기 전까지는 결합할 자리가 없습니다. 결국 전체 반응 속도는 효소-기질 복합체가 생성물로 쪼개지는 고유 촉매 전환 속도에 의해서만 결정되므로, 기질 농도와 무관하게 속도가 일정해지는 0차 반응을 나타내며 최대 속도인 Vmax에 도달하게 되거든요.
정리하자면,
미카엘리스-멘텐 속도론에서 저농도일 때는 빈 효소와의 결합 확률이 늘어나 속도가 비례 증가하지만, 고농도에서는 한정된 효소의 활성 부위가 모두 채워지는 효소-기질 복합체 포화 상태에 도달하므로 기질을 더 넣더라도 고유의 한계 속도인 최대 반응 속도에 머무르게 되는 것이랍니다.
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