酵素は生物学的システムのタンパク質であり、そうでなければ酵素の助けがない場合よりもはるかにゆっくりと起こる反応に沿ってスピードを上げるのに役立ちます。 このように、それらは一種の触媒です。 他の非生物学的触媒は、産業やその他の場所で役割を果たします（たとえば、化学触媒はガソリンの燃焼を助け、ガス駆動エンジンの能力を高めます）。 しかし、酵素は触媒作用のメカニズムが独特です。 それらは、反応物（化学反応の入力）または生成物（出力）のエネルギー状態を変更せずに、反応の活性化エネルギーを下げることによって機能します。 代わりに、製品の形で「リターン」を受け取るために「投資」する必要のあるエネルギー量を減らすことにより、実際には反応物から製品へのよりスムーズな経路を作成します。
酵素の役割と、これらの天然に存在するタンパク質の多くが人間の治療用途に採用されているという事実を考えると（一例は 何百万もの人々の体が生成できない乳糖の消化を助ける酵素であるラクターゼ）、生物学者が持っていることは驚くべきことではありません 特定の酵素が与えられた既知の条件下でどれだけうまく機能するかを評価するための正式なツールを考え出す-つまり、それらの触媒作用を決定する 効率。
酵素の基本
酵素の重要な属性はそれらの特異性です。 酵素は、一般的に言えば、人体の中で常に展開している数百の生化学的代謝反応のうちの1つだけを触媒する働きをします。 したがって、与えられた酵素はロックと考えることができ、基質と呼ばれる、それが作用する特定の化合物は鍵に例えることができます。 基質が相互作用する酵素の部分は、酵素の活性部位として知られています。
酵素は、すべてのタンパク質と同様に、アミノ酸の長いストリングで構成されており、人間のシステムには約20個あります。 したがって、酵素の活性部位は通常、アミノ酸残基、または化学的に不完全なチャンクで構成されています 陽子または他の原子を「失っている」可能性があり、正味の電荷を次のように運ぶ特定のアミノ酸の 結果。
酵素は、批判的に、それらが触媒する反応において変化しません–少なくとも反応が終わった後ではありません。 しかし、それらは反応自体の間に一時的な変化を起こします。これは、手元の反応を進行させるために必要な機能です。 ロックアンドキーのアナロジーをさらに進めるために、基質が特定の反応に必要な酵素を「見つけ」、酵素の活性酵素に結合すると 部位（「キー挿入」）では、酵素-基質複合体が変化（「キー回転」）を受け、その結果、新たに形成されたものが放出されます。 製品。
酵素反応速度論
特定の反応における基質、酵素、および生成物の相互作用は、次のように表すことができます。
E +S⇌ES→E + P
ここに、 E 酵素を表し、 S は基板であり、 P 製品です。 したがって、このプロセスは、彫像粘土の塊に大まかに似ていると想像することができます（S）完全に形成されたボウルになる（P）人間の職人の影響下で（E). 職人の手は、この人が体現する「酵素」の活性部位と考えることができます。 塊状の粘土が人の手に「束縛」されると、しばらくの間「複合体」を形成し、その間に 粘土は、それが結合されている手の作用によって、異なる所定の形状に成形されます (ES). 次に、ボウルが完全に形作られ、それ以上の作業が必要ない場合、手（E）ボウルを放します（P）、プロセスが完了しました。
次に、上の図の矢印について考えてみます。 あなたはその間のステップに気付くでしょう E + S そして ES 矢印が両方向に移動していることは、酵素と基質が結合して 酵素-基質複合体、この複合体は他の方向に解離して酵素とその基質を放出することができます オリジナルのフォーム。
間の一方向矢印 ES そして P一方、製品は P その生成に関与する酵素と自発的に結合することは決してありません。 これは、前述の酵素の特異性に照らして理にかなっています。酵素が特定の基質に結合する場合、それは結合します。 また、得られた生成物に結合しないか、そうでなければ、その酵素は2つの基質に特異的であり、したがって、 すべて。 また、常識的な観点から、特定の酵素が特定の反応をより有利に機能させることは意味がありません。 どちらも 行き方; これは、上り坂と下り坂の両方で同じように簡単に転がる車のようなものです。
速度定数
前のセクションの一般的な反応は、次の3つの異なる競合反応の合計と考えてください。
1) \; E + S→ES \\ 2）\; ES→E + S \\ 3）\; ES→E + P
これらの個々の反応にはそれぞれ独自の速度定数があり、特定の反応がどれだけ速く進行するかの尺度です。 これらの定数は特定の反応に固有であり、実験的に決定されており、 多数の異なる基質プラス酵素および酵素基質複合体プラス製品について検証済み グループ化。 それらはさまざまな方法で書くことができますが、一般的に、上記の反応1）の速度定数は次のように表されます。 k1、2）のそれ k-1、および3）のそれとして k2 （これは時々書かれています kネコ).
ミカエリス定数と酵素効率
次の方程式のいくつかを導出するために必要な微積分に飛び込むことなく、製品が蓄積する速度が、おそらく vは、この反応の速度定数の関数です。 k2、およびの濃度 ES 現在、[ES]. 速度定数が高く、存在する基質-酵素複合体が多いほど、反応の最終生成物がより急速に蓄積します。 したがって：
v = k_2 [ES]
ただし、製品を作成する反応以外に、他の2つの反応があることを思い出してください。 P 同時に発生しています。 これらの1つはの形成です ES そのコンポーネントから E そして S、一方、もう一方は逆に同じ反応です。 このすべての情報をまとめて、 ES （2つの反対のプロセスによる）その消失率と等しくなければなりません、あなたは持っています
k_1 [E] [S] = k_2 [ES] + k _ {-1} [ES]
両方の用語をで割る k1 収量
[E] [S] = {（k_2 + k _ {-1}）\ above {1pt} k_1} [ES]
すべての「k「この方程式の項は定数であり、単一の定数に組み合わせることができます。 KM:
K_M = {（k_2 + k _ {-1}）\ above {1pt} k_1}
これにより、上記の式を書くことができます
[E] [S] = K_M [ES]
KM ミカエリス定数として知られています。 これは、結合が解かれ、新しい生成物が形成されることの組み合わせによって、酵素-基質複合体がどれだけ速く消失するかの尺度と見なすことができます。
生成物形成の速度の方程式に戻ると、 v = k2[ES]、置換は次のようになります。
v = [E] [S] \ Bigg（{k_2 \ above {1pt} K_M} \ Bigg）
括弧内の表現、 k2/KM、は特異性定数として知られています_、_は運動効率とも呼ばれます。 この厄介な代数のすべての後、最終的に、特定の反応の触媒効率または酵素効率を評価する式が得られます。 次のように再配置することにより、酵素の濃度、基質の濃度、および生成物の形成速度から定数を直接計算できます。
\ Bigg（{k_2 \ above {1pt} K_M} \ Bigg）= {v \ above {1pt} [E] [S]}