ある酵素の量と温度・pH を一定にして、基質の濃度だけを変え、反応開始直後の反応速度（生成物が 1 分間あたりにできる量）を測定した。結果は次の表のとおりである。
| 基質濃度（） | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 反応速度（） | 12 | 20 | 30 | 38 | 40 | 40 |
基質濃度を表の値より高くしても、反応速度は表の最大の値から変わらないものとする。反応速度が最大反応速度のちょうど半分になったときの基質濃度は何 か。表の値から答えよ。
基質濃度と酵素反応の速度
基質濃度と反応速度（初速度）の表から、基質濃度が低いときは速度が濃度とともに増え、高いと最大反応速度に近づいて一定になることを読み取り、最大反応速度や、ある速度になる基質濃度を求められる
前提
- 酵素の性質 （高校化学 高分子化合物（知識））
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- 酵素の性質 （高校化学 高分子化合物（知識））
説明
酵素の量を一定にして基質の濃度を変えると、反応速度は、はじめは基質濃度とともに増えますが、やがてそれ以上増えなくなり一定の値に近づきます。この技能では、基質濃度と反応速度の表からこの変化を読み取り、最大反応速度や、反応速度がある値（たとえば最大反応速度の半分）になる基質濃度を求められるようになります。酵素の量や性質のちがいを、実験データから比べるときに使います。
なぜそうしてよいのか
酵素は、基質と結合して酵素－基質複合体をつくり、反応を進めてから生成物を放し、もとの形に戻ってまた次の基質と結合します。基質が結合する場所（活性部位）は 1 つの酵素分子にかぎられているので、ある瞬間に反応を進めることのできる酵素の数には上限があります。なお、ここでの反応速度は、反応が始まった直後の速度（初速度）を考えます。時間がたつと基質が減っていくので、条件をそろえて比べるために初速度を使います。
基質濃度が低いときは、酵素の多くは基質と結合しておらず、空いています。基質の濃度を上げると、酵素が基質と出会う回数が増え、複合体をつくる酵素が増えるので、反応速度は基質濃度とともに大きくなります。とくに基質濃度がごく低いところでは、反応速度は基質濃度にほぼ比例して増えます。
ところが基質濃度が十分に高くなると、ほとんどすべての酵素が基質と結合した状態になります。こうなると、さらに基質を増やしても、空いている酵素がないので反応を進める酵素の数は増えず、反応速度はそれ以上大きくなりません。このときの一定になった反応速度を最大反応速度といいます。最大反応速度は酵素の量で決まるので、酵素の量を 2 倍にすると最大反応速度もほぼ 2 倍になります。表から最大反応速度を読み取るときは、基質濃度を上げても値が変わらなくなったところの値を見ます。
手順
表の基質濃度が低いところで、反応速度が基質濃度とともに増えていることを確かめる
基質濃度を上げても反応速度が変わらなくなったところを探し、その一定の値を最大反応速度として読み取る
求めたい反応速度（例: 最大反応速度の半分 ）を計算する
表の中で、その反応速度になっている基質濃度を読み取る
例題
一定量の酵素を含む溶液に、いろいろな濃度の基質を加え、反応開始直後の反応速度（生成物が生じる速さ）を測定したところ、下の表の結果になった。温度と pH は一定とする。
| 基質濃度（mmol/L） | 0 | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 反応速度（相対値） | 0 | 10 | 20 | 32 | 38 | 40 | 40 | 40 |
反応速度が最大反応速度の半分になるときの基質濃度は何 mmol/L か。
例題の解答
手順 1：基質濃度が 0 から 6 mmol/L までは、反応速度が 0, 10, 20, 32, 38 と、基質濃度とともに増えている。
手順 2：基質濃度が 8, 10, 12 mmol/L では、反応速度はどれも 40 で、基質を増やしても変わらない。このとき酵素はほぼすべて基質と結合していると考えられる。よって最大反応速度は 40（相対値）である。
手順 3：最大反応速度の半分は
手順 4：表で反応速度が 20 になっているのは、基質濃度が 2 mmol/L のときである。
よって答えは 2。
答え:
よくある誤り
反応速度は基質濃度にいつまでも比例する、としてしまう誤り。上の例で、基質濃度 1 で 10 だから基質濃度 12 では とする。正しくは、基質濃度が高くなると酵素がほぼすべて基質と結合してしまうので、反応速度は最大反応速度 40 で頭打ちになる
最大反応速度の半分になる基質濃度を、最大反応速度になる基質濃度の半分としてしまう誤り。上の例で、最大になるのが 8 mmol/L だから mmol/L とする。正しくは、反応速度と基質濃度は比例していないので、表で反応速度が になる基質濃度を読み、2 mmol/L とする
最大反応速度に達したあとも、基質濃度を上げれば反応速度が上がる、あるいは最大反応速度は基質濃度で決まる、としてしまう誤り。正しくは、最大反応速度は酵素の量で決まり、基質を増やしても変わらない。酵素の量を 2 倍にすれば最大反応速度もほぼ 2 倍になる
表の中で最も大きい基質濃度のときの値を、確かめずに最大反応速度としてしまう誤り。正しくは、基質濃度を上げても値が変わらなくなっていることを確かめてから、その一定の値を最大反応速度とする（まだ増え続けている表では、最大反応速度は読み取れない）
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
ある酵素を一定の濃度（これを濃度 とする）で含む溶液に、さまざまな濃度の基質を加えた。温度と pH を一定にして、反応開始直後の生成物の生成速度（反応速度）を測定したところ、次の表のようになった。
基質濃度 [mmol/L] 2 4 8 16 32 64 反応速度 [μmol/分] 12 20 30 40 48 48 次に、温度と pH を同じにしたまま、酵素濃度を にした溶液に、表のいずれかの濃度で基質を加えて反応速度を測定した。その結果、反応速度は、酵素濃度 で基質濃度を十分に高くしたときの反応速度の 倍であった。
このとき加えた基質の濃度は何 mmol/L か。ただし、温度・pH・基質濃度が同じであれば、反応開始直後の反応速度は酵素濃度に比例するものとする。
ある酵素 E を使い、基質濃度を変えて反応の初速度（反応開始直後の生成物の生成速度）を測定した。温度と pH は常に一定で、最適条件に保った。酵素濃度は、実験 1 での濃度を 1.0 とした相対値で表す。
実験 1：酵素濃度 1.0、阻害物質なし
基質濃度 (mmol/L) 1 2 4 6 10 18 初速度 (μmol/分) 20 30 40 45 50 54 実験 2：酵素濃度 2.0、阻害物質なし
基質濃度 (mmol/L) 1 10 初速度 (μmol/分) 40 100 実験 3：酵素濃度 1.0、阻害物質 Y を一定濃度で加えた
基質濃度 (mmol/L) 2 4 8 20 36 初速度 (μmol/分) 20 30 40 50 54 次のことを前提とする。
- 実験 1 と実験 3 の結果から読み取れる基質濃度と初速度の関係の規則性は、表に示されていない基質濃度でも成り立つ。
- 阻害物質 Y の有無にかかわらず、同じ基質濃度での初速度は酵素濃度に比例する（実験 2 の結果はこのことを示している）。酵素濃度を 2.0 とし、阻害物質 Y を実験 3 と同じ濃度で加えたとき、初速度が 90 μmol/分 となるのは基質濃度が何 mmol/L のときか。整数で答えよ。
この技能の次に学べること
- 酵素濃度と反応速度 （高校生物 代謝）
- 阻害物質を加えたときの反応速度 （高校生物 代謝）