酵素・基質反応(反応速度論)

物理化学

酵素・基質反応(反応速度論)

酵素基質反応は院試や定期テストで頻出なのでぜひマスターしてほしい。

中間体を見つけて定常状態近似

酵素反応とは酵素E(Enzyme:酵素)と基質S(Substrate)との反応のことである。

中間体とは反応前と反応後の間に生成する物質であり、ここではESである。中間体の寿命は非常に短いため定常状態近似をすることで中間体の濃度が求まる

1. 中間体についての反応速度式を立てる。

d[ES]/dt=k1[E][S] – k-1[ES] – k2[ES]=0

2.中間体の濃度を求める。

[ES]=k1[E][S]/k-1+k2

ここで、(k-1+k2)/k1=Kmとおくと(Kmはミカエリス定数という。)

[ES]=[E][S]/Km ⇒[E]=[ES]Km/[S]

となる。

全酵素の濃度を[E0]として[E0]=[E]+[ES]とする

酵素は触媒反応のように消費されたりしないため、反応全体での酵素の濃度は初濃度[E0]に等しい。これを式で表すと

[E0]=[E]+[ES]

上記の式に先ほど求めた[E]を代入すると

[E0]=[ES]Km/[S] +[ES]   ⇒[ES]=[E0]/(1+Km/[S])

ここで、V(d[P]/dt)=k2[ES]なので

V=k2[E0]/(1+Km/[S])

これが生成物Pの生成速度式となる。また、ここからさらに式を変形することでラインウェーバー・バークプロットによりKmなどの反応速度定数を実験的に求めることが出来る。

基質が酵素に対して十分量存在するとき 、Km/[S]<<1

これによりV=k2[E0]となり、これが最大速度Vmaxとなる。これにより

V=Vmax/(1+Km/[S])

となる。

両辺逆数をとると

1/V = 1/Vmax + Km/Vmax × 1/[S]

y = b + ax

のように一次式として表すことが出来た。実験により基質濃度1/[S]を変化させたときの速度1/[V]をプロットすればKm,Vmaxを求めることが出来る。

酵素反応についての過去問とその解説もあるので、定期テストや院試対策でぜひ解いてみてください。

コメント

  1. […] これを用いた例題は反応速度論で頻出であり、本サイトでは「酵素・基質反応(反応速度論)」こちらで扱っている。 […]

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