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Substratkonzentrationen

Substratkonzentrationen bezeichnen die Menge eines Substrats, die in einer Reaktion oder in einem biologischen System verfügbar ist und von einem Enzym oder einer katalytischen Bahn umgesetzt wird. Sie beeinflussen maßgeblich die Reaktionsgeschwindigkeit und damit den Stoffwechsel, die Fermentation oder den biotechnologischen Prozess.

In der Enzymkinetik gilt oft das Michaelis-Menten-Modell, das die Reaktionsgeschwindigkeit v als Funktion der Substratkonzentration [S]

Substratsättigung tritt ein, wenn [S] groß wird: Die Reaktionsrate nähert sich asymptotisch Vmax und ist dann

Messung und Kontext: Substratkonzentrationen werden in Mol pro Liter angegeben (M, mM, µM). In Zellen liegen sie

beschreibt:
v
=
(Vmax
·
[S])
/
(Km
+
[S]).
Vmax
ist
die
maximale
Reaktionsgeschwindigkeit
bei
gesättigtem
Substrat,
und
Km
ist
die
Substratkonzentration,
bei
der
die
Reaktion
halb
so
schnell
wie
Vmax
läuft.
Km
reflektiert
die
Affinität
des
Enzyms
zum
Substrat:
je
kleiner
Km,
desto
höher
die
Affinität.
weitgehend
von
der
Enzymmenge
abhängig.
Bei
sehr
hohen
Substratkonzentrationen
kann
es
zu
Substrathemmungen
kommen,
die
die
Reaktionsrate
verringern.
Zusätzlich
kann
der
Einfluss
von
Inhibitoren
die
effektive
Km
oder
Vmax
verändern
(z.
B.
kompetitive
Hemmung
erhöht
apparent
Km,
nichtkompetitive
Hemmung
senkt
Vmax).
oft
im
Mikromolarbereich,
können
aber
stark
variieren.
In
der
Praxis
beeinflussen
Substratverfügbarkeit,
Transport,
Abbauwege
und
Regulierungen
den
Stoffwechsel
und
die
Ausbeute
biotechnologischer
Prozesse.